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數(shù)學雜談(2)簡析「托里拆利的小號」

2022-07-21 20:52 作者:Ymprover  | 我要投稿


圖源:百度百科“托里拆利的小號”詞條

“托里拆利的小號”的方程(旋轉體以?x?為旋轉軸):

y%5E2%2Bz%5E2%3D%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%5E2%7D%2Cx%5Cin%20%5B1%2C%20%2B%E2%88%9E)

原理:?在平面?x%3Dt%2Ct%5Cin%5B1%2C%2B%5Cinfty)上有一個以?(t%2C0%2C0)為圓心,%5Cfrac%7B1%7D%7Bt%7D%20為半徑的圓. 由圓的方程,有?%E2%8A%99T%3Ay%5E2%2Bz%5E2%3D(%5Cfrac%7B1%7D%7Bt%7D)%5E2%2C%E5%8D%B3y%5E2%2Bz%5E2%3D%5Cfrac%7B1%7D%7Bt%5E2%7D.?當?t?在區(qū)間%20%5B1%2C%20%2B%E2%88%9E)上變化時,%E2%8A%99T的軌跡為點集%5C%7B(x%2C%20y%2C%20z)%7Cy%5E2%2Bz%5E2%3D%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%5E2%7D%2Cx%5Cin%20%5B1%2C%20%2B%E2%88%9E)%5C%7D

即“托里拆利的小號”的方程為?y%5E2%2Bz%5E2%3D%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%5E2%7D%2Cx%5Cin%20%5B1%2C%20%2B%E2%88%9E)?.

求托里拆利小號的表面積和體積(切片法):

S%3D%5Cint_%7B1%7D%5E%7B%5Cinfty%7D%202%5Cpi%C2%B7%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D%20%5C%2C%5Cmathrm%7Bd%7Dl%3D2%5Cpi%5Cint_%7B1%7D%5E%7B%5Cinfty%7D%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D%5Csqrt%7B1%2B(%5Cfrac%7B%5Cmathrm%7Bd%7D%7D%7B%5Cmathrm%7Bd%7Dx%7D%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D)%5E2%20%7D%20%5C%2C%20%5Cmathrm%7Bd%7Dx

%3D2%5Cpi%5Cint_%7B1%7D%5E%7B%5Cinfty%7D%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D%5Csqrt%7B1%2B%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%5E4%7D%7D%20%5C%2C%20%5Cmathrm%7Bd%7Dx%3E2%5Cpi%5Cint_%7B1%7D%5E%7B%5Cinfty%7D%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D%20%5C%2C%20%5Cmathrm%7Bd%7Dx

%3D2%5Cpi%5Clim_%7B%5Cvarepsilon%20%5Cto%5Cinfty%7D%20%20%5Cint_%7B1%7D%5E%7B%5Cvarepsilon%20%7D%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D%20%5C%2C%20%5Cmathrm%7Bd%7Dx%3D2%5Cpi%5Clim_%7B%5Cvarepsilon%20%5Cto%5Cinfty%7D%5C%2C%5Cln%20%7Cx%7C%20%5Cbigg%20%7C%5E%5Cvarepsilon%20%20_1%20%3D%20%5Cinfty.

V%3D%5Cint_%7B1%7D%5E%7B%5Cinfty%7D%20%5Cpi%C2%B7(%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D)%5E2%20%5C%2C%5Cmathrm%7Bd%7Dx%3D%5Cpi%5Clim_%7B%5Cvarepsilon%20%5Cto%5Cinfty%7D%20%5Cint_%7B1%7D%5E%7B%5Cvarepsilon%20%7D%20%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%5E2%7D%20%5C%2C%5Cmathrm%7Bd%7Dx??%3D%5Cpi%5Clim_%7B%5Cvarepsilon%20%5Cto%5Cinfty%7D%5C%2C(-%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D%20)%5Cbigg%20%7C%5E%5Cvarepsilon%20%20_1%20%3D%20%5Cpi.

這就表明,托里拆離的小號的表面積無限大,而體積收斂到常數(shù)?%5Cpi?.?

這不禁讓我想到某些分形圖形(比如科克曲線),其周長無限大,而面積是收斂的.

在現(xiàn)實生活中,托里拆利的小號是不存在的,因為它不符合物理學.?

對于上文%E2%8A%99T%3Ay%5E2%2Bz%5E2%3D(%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D)%5E2%2C其直徑%5Clim_%7Bx%5Cto%E2%88%9E%7D%20d(x)%3D%5Clim_%7Bx%5Cto%E2%88%9E%7D2r%3D%5Clim_%7Bx%5Cto%E2%88%9E%7D%5Cfrac%7B2%7D%7Bx%7D%20%3D0%20.

這意味著當x%5Cto%20%E2%88%9E時,構成小號的粒子間距?d%5C?無窮?。?/p>

然而,量子力學指出,不存在直徑為無窮小量的粒子,因為粒子的直徑應大于等于普朗克長度,即10%5E%7B-33%7D米.(這也意味著,量子物理中的變化是離散的,而非像數(shù)學或經典物理學一樣是連續(xù)的).

當然這里順便聊聊奇 (qí)?點. 作為宇宙大爆炸之前宇宙存在的一種形式,它具有如下性質:

%5Crho%20%5Cto%E2%88%9E%2C%5C%20K%5Cto%20%E2%88%9E%2C%5C%20S%5Cto%200, 其中%5Crho%20%2C%5C%20K%2C%5C%20S分別指奇點的密度、空間曲率和熵值.?

(雖然但是,一般認為奇點的直徑小于普朗克長度,這里就涉及到宇宙學的內容了,打?。?/p>

?(完)

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