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十、面积的计算
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将前节讲过的方法拿来运用,再没有比求矩形的面积更简单的例子了。
比如有一个矩形,它的长是a,宽是b,它的面积便是a和b的乘积,这在算术上就讲过。
像下图所表示的,长是6,宽是3,面积就恰好是3×6=18个方块。
假如这矩形有一边不是直线——那自然就不能再叫它矩形——要求它的面积,也就不能按照求矩形的面积的方法这般简单。
那么,我们有什么办法呢?
假使我们所要求的是下图中ABCD线所包围着的面积,我们知道AB,AD和DC的长,并且又知道表示BC曲线的函数(这样,我们就可以知道BC曲线上各点到AB线的距离),我们用什么方法,可以求出ABCD的面积呢?
一眼看去,这问题好像非常困难,因为BC线非常不规则,真是有点儿不容易对付。
但是,你不必着急,只要应用我们前面已说过好几次的方法,就可以迎刃而解了。
一开始,无妨先找它的近似值,再连续地使这近似值渐渐地增加它的近似的程度,直到我们得到精确的值为止。
这个方法,的确非常自然。
前面我们已讨论过无限小的量的计算法,又说过将一条线分了又分、一直到分到无穷的方法,这些方法就可以供我们来解决一些较复杂、较困难的问题。
先从粗疏的一步入手,循序渐进,便可达到精确的一步。
第一步,简直一点儿困难都没有,因为我们所要的只是一个大概的数目。
先把ABCD分成一些矩形,这些矩形的面积,我们自然已经会算了。
假如S的面积差不多等于1、2、3、4四个矩形的和,我们就先来算这四个矩形的面积,用它们各自的长去乘它们各自的宽。
这样一来,我们第一步所可得到的近似值,便是这样:不用说,从上图一看就可知道,这样得出来的结果相差很远,S的面积比这四个矩形的面积的和大得多。
图中用了斜线画着的那四块,全都没有算在里面。
但是,这个误差,我们并不是没有一点儿办法补救的。
先记好表示BC曲线的函数是已经知道的,我们可以求出BC上面各点到直线AD的距离。
反过来就是对于直线AD上的每一点,可以找出它们和BC曲线的距离。
假如我们把AD看作和以前各图中的水平线OH一样,AB就恰好相当于垂直线OV。
在AD线上的点的值,我们就可说它是x,相应于这些点到BC的距离便是y,所以AD上的一点P到BC的距离就是一个变数。
现在我们说AP的距离是x,AD上面另外有一点P′,AP′的距离是x′,过P和P′都画一条垂直线同BC相交在p和p1。
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