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球體與橢圓體

此小節為第二卷的部分,有別於平面上的圓,此小節除了說明空間中的球體 與橢圓體的畫法,將從其體積與表面積著手。

4.4.1 平面上的圓形與橢圓形

有一平面鴨卵形,其大徑度與圓徑若等,則鴨卵形之平面積與圓面積之比,同 於以鴨卵形之小徑與大徑相比之比例也。

【術】將與戊己徑線平行,任分幾線,此每線假如庚辛與壬癸之比同於戊己與 乙丁之比,而為作鴨卵形之定理也。今每平行線俱依此之比例,即平行鴨蛋形 之積與圓形之積相比同於乙丁小徑與戊己大徑之比例也。

現代表示法:

平面上有一橢圓,假設橢圓長軸長2a,短軸長2b,因橢圓的長軸長與圓徑相 等,即橢圓的長軸長2a=2r=圓的直徑長,因此

: =2 : 2b r=2 : 2b a=b a:

橢圓面積 圓面積 。

證明:

如圖,戊、己、乙、丁四點共線,且戊己為圓的直徑,乙丁為橢圓的短軸長,

在圓上作平行 戊己 的直線 庚辛 交橢圓於壬、癸兩點,則 : = :

庚辛 壬癸 戊己 乙丁 ,凡平行 戊己的直線都會交橢圓和圓於四點(如壬、

癸、庚、辛),且比例皆相等,因此橢圓面積:圓面積=戊己 乙丁 。 :

圖 4.20

39

長方面內有平面鴨卵形,正方面內有圓形,苟長方之寬與鴨蛋形小徑度等,長

球體半徑又等,則此間圓體為半求體積之一半。

圖 4.23

於圓球為四分之一,37,此段話與阿基米德的著作《論球與球柱》卷一命題 34:

以鴨蛋體小徑與大徑相比之比例也。

【術】將兩體外面俱分幾平行圓,此每圓假如以子丑圓界與寅卯圓界之比同於 以子丑圓徑與寅卯圓徑之比也,今照作鴨蛋形之定理而子丑徑與寅卯徑之比同 於戊己徑乙丁徑相比之比例,誠如是其每大圓界與相對小圓界俱依此為比例,

則兩外面積之相比同於兩徑之相比可知矣。

現代表示法:

若橢圓體長軸長=球的直徑,則橢圓體的表面積:球體表面積=2 : 2b a=b a: 。 證明:

將此兩個體分成好幾個圓形(如圖),表面積即為這些圓的周長和,以子丑為 直徑的圓周長:以寅卯為直徑的圓周長=子丑 寅卯 戊己 乙丁: = :

=2 : 2a b=a b: 。

圖 4.26

有一鴨蛋體函於一球體,則兩積之比同於鴨蛋體小徑線所作正方面與球體大徑 線所作正方面相比之比例也。

現代表示法:

有一橢圓體內切於一球體內,則球體體積:橢圓體體積=a2:b2(其中a為球 體直徑=橢圓體大徑,b為橢圓體小徑)。

有一鴨蛋體恰函於長圓體內,則鴨蛋體積為得長圓體積三分之二也。

【術】蛋體與函卵體之比,同於球體與函球體之比則比為三分之二,此亦三分 之二也。

現代表示法:

44

有一橢圓體內切於一長圓體內,則橢圓體體積=2

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