前言:
今天同学们对“弧长计算方式”大约比较珍视,小伙伴们都需要剖析一些“弧长计算方式”的相关知识。那么小编在网摘上汇集了一些对于“弧长计算方式””的相关资讯,希望姐妹们能喜欢,看官们快快来学习一下吧!本文主要内容:介绍圆弧的弦长A=5米,拱高H=1米的弦长求法。
第一步,解析弧长表达式
根据题意,有直角三角形关系如下:
R^2=(R-b)^2+(a/2)^2解得:
R=(a^2+4*b^2)/8b,设弧长为L,由公式得:
L=2θR=θ(a^2+4*b^2)/4b.
∵sinθ=(A/2)/R=4ab/(a^2+4*b^2)
∴θ=arcsin[4ab/(a^2+4*b^2)].
即弧长计算表达式为:
L=(a^2+4*b^2)/4b*arcsin[4ab/(a^2+4*b^2)]。
第二步,泰勒展开计算结果
1.泰勒公式定义展开计算
(arcsinx)´=(1-x^2)^(-1/2),则(arcsin0)´=1;
(arcsinx)´´=-(1/2)*(1-x^2)^(-3/2)*(-2x)=x(1-x^2)^(-3/2);
(arcsinx)´´´=(1-x^2)^(-3/2)+x[(1-x^2)^(-3/2)]´;
则:(arcsin0)´´=0,(arcsin0)´´´=1.
即arcsinx≈x+0+(1/3!)x^3=x+x^3/6=x(x^2+6)/6.此时
arcsin[4ab/(a^2+4*b^2)]
≈4ab[8a^2b^2+3(a^2+4b^2)^2]/[3(a^2+4b^2)^3].
代入弧长计算表达式得:
L≈a[8a^2b^2+3(a^2+4b^2)^2]/[3(a^2+4*b^2)^2]
即:
L≈a+[(8/3)a(ab)^2/(a^2+4*b^2)^2].
代入数值计算,得:
L≈5+[(8/3)*5*5^2/(5^2+4*1^2)^2]
L≈5.4。
2.泰勒变形公式展开计算
∵(arcsinx)´=(1-x^2)^(-1/2)
≈1+(-1/2)*(-x^2)+(-1/2)*(-3/2)*(-x^2)^2
≈1+(1/2)x^2+(3/4)x^4
∴arcsinx=∫(1-x^2)^(-1/2)dx
≈x+(1/6)x^3+(3/20)x^5.对本题有:
arcsin[4ab/(a^2+4*b^2)]≈[4ab/(a^2+4*b^2)]+
(1/6)[4ab/(a^2+4*b^2)]^3+(3/20)[4ab/(a^2+4*b^2)]^5.
arcsin[4ab/(a^2+4*b^2)]
≈4ab*{15(a^2+4b^2)^4+40[(ab(a^+4b^2)]^2
+576(ab)^4}/[15(a^2+4b^2)^5]。代入到弧长表达式得:
L≈a*{15(a^2+4b^2)^4+40[(ab(a^+4b^2)]^2
+576(ab)^4}/[15(a^2+4b^2)^4]。即:
L≈a+8a*(ab)^2[5(a^2+4b^2)^2+72(ab)^2]/[15(a^2+4b^2)^4].
代入数值计算,得:L≈
5+40*5^2[5(5^2+4*1^2)^2+72*5^2]/[15*(5^2+4*1^2)^4],
即:L≈5.57。
结语:
可见两种计算方法,都是弦长增量计算法,都存在一定的误差。
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