贡献者: addis
1. 第一类不完全椭圆积分
1第一类不完全椭圆积分(incomplete elliptic integral of the first kind)为
\begin{equation}
F(\phi, k) = \int_0^\phi \frac{ \,\mathrm{d}{x} }{\sqrt{1 - k^2\sin^2 x}}~,
\end{equation}
椭圆积分有时候也记为 $F(\phi | k^2) = F(\sin\phi ; k)$。
使用积分换元法,令 $t = \sin x$,有
\begin{equation}
F \left(\phi, k \right) = \int_0^{\sin{\phi}} \frac{ \,\mathrm{d}{t} }{\sqrt{(1 - t^2)(1 - k^2 t^2)}}~.
\end{equation}
另一种换元法是令 $\theta = 2x$,$k = \csc\left(\theta_0/2\right) $,$F(\phi, k)$ 也可以表示为
\begin{equation}
F \left(\phi, \csc\frac{\theta_0}{2} \right) = \frac{1}{\sqrt{2}} \sin\frac{\theta_0}{2} \int_0^{2\phi} \frac{ \,\mathrm{d}{\theta} }{\sqrt{\cos\theta - \cos\theta_0}}~.
\end{equation}
数值计算
$F(\phi | m)$ 的 Matlab 函数为 ellipticF(phi, m)
,Mathematica 函数为 EllipticF[phi, m]
。
2. 第二类不完整椭圆积分
第二类不完整椭圆积分(incomplete elliptic integral of the second kind)为
\begin{equation}
E(\varphi, k) = E(\varphi | k^2) = E(\sin\varphi; k) = \int_0^\varphi \sqrt{1 - k^2\sin^2\theta} \,\mathrm{d}{\theta} ~.
\end{equation}
令 $x = \sin\varphi$,则有
\begin{equation}
E(x; k) = \int_0^x \frac{\sqrt{1 - k^2t^2}}{\sqrt{1 - t^2}} \,\mathrm{d}{t} ~.
\end{equation}
该函数可用于计算椭圆的弧长,详见
例 2 。
数值计算
$E(\phi | m)$ 的 Matlab 函数为 ellipticE(phi, m)
,Mathematica 函数为 EllipticE[phi, m]
。
未完成:图
第二类完整椭圆积分
令以上的 $\varphi = \pi/2$ 或 $x = 1$,就得到第二类完整椭圆积分(complete elliptic integral of the second kind)
\begin{equation}
\begin{aligned}
E(k) &= E \left(\frac{\pi}{2}, k \right) = \int_0^{\pi/2} \sqrt{1 - k^2\sin^2\theta} \,\mathrm{d}{\theta} \\
&= E(1; k) = \int_0^1 \frac{\sqrt{1 - k^2 t^2}}{\sqrt{1 - t^2}} \,\mathrm{d}{t} ~.
\end{aligned}
\end{equation}
椭圆的周长为(见
例 2 )
\begin{equation}
c = 4aE(e)~.
\end{equation}
其中 $a$ 是椭圆的长轴,$e$ 是离心率。
1. ^ 参考 Wikipedia 相关页面。
致读者: 小时百科一直以来坚持所有内容免费无广告,这导致我们处于严重的亏损状态。 长此以往很可能会最终导致我们不得不选择大量广告以及内容付费等。 因此,我们请求广大读者
热心打赏 ,使网站得以健康发展。 如果看到这条信息的每位读者能慷慨打赏 20 元,我们一周就能脱离亏损, 并在接下来的一年里向所有读者继续免费提供优质内容。 但遗憾的是只有不到 1% 的读者愿意捐款, 他们的付出帮助了 99% 的读者免费获取知识, 我们在此表示感谢。