المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
{افان مات او قتل انقلبتم على اعقابكم}
2024-11-24
العبرة من السابقين
2024-11-24
تدارك الذنوب
2024-11-24
الإصرار على الذنب
2024-11-24
معنى قوله تعالى زين للناس حب الشهوات من النساء
2024-11-24
مسألتان في طلب المغفرة من الله
2024-11-24


Circular Segment  
  
972   04:51 مساءً   date: 10-4-2020
Author : Beyer, W. H.
Book or Source : CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed. Boca Raton, FL: CRC Press
Page and Part : ...


Read More
Date: 10-1-2020 751
Date: 16-1-2021 1951
Date: 30-5-2020 569

Circular Segment

CircularSegment

A portion of a disk whose upper boundary is a (circular) arc and whose lower boundary is a chord making a central angle theta<pi radians (180 degrees), illustrated above as the shaded region. The entire wedge-shaped area is known as a circular sector.

Circular segments are implemented in the Wolfram Language as DiskSegment[{xy}r{q1, q2}]. Elliptical segments are similarly implemented as DiskSegment[{xy}{r1, r2}{q1, q2}].

Let R be the radius of the circle, a the chord length, s the arc length, h the height of the arced portion, and r the height of the triangular portion. Then the radius is

 R=h+r,

(1)

the arc length is

 s=Rtheta,

(2)

the height r is

r = Rcos(1/2theta)

(3)

= 1/2acot(1/2theta)

(4)

= 1/2sqrt(4R^2-a^2),

(5)

and the length of the chord is

a = 2Rsin(1/2theta)

(6)

= 2rtan(1/2theta)

(7)

= 2sqrt(R^2-r^2)

(8)

= 2sqrt(h(2R-h)).

(9)

From elementary trigonometry, the angle theta obeys the relationships

theta = s/R

(10)

= 2cos^(-1)(r/R)

(11)

= 2tan^(-1)(a/(2r))

(12)

= 2sin^(-1)(a/(2R)).

(13)

The area A of the (shaded) segment is then simply given by the area of the circular sector (the entire wedge-shaped portion) minus the area of the bottom triangular portion,

 A=A_(sector)-A_(isosceles triangle).

(14)

Plugging in gives

A = 1/2R^2(theta-sintheta)

(15)

= 1/2(Rs-ar)

(16)

= R^2cos^(-1)(r/R)-rsqrt(R^2-r^2)

(17)

= R^2cos^(-1)((R-h)/R)-(R-h)sqrt(2Rh-h^2),

(18)

where the formula for the isosceles triangle in terms of the polygon vertex angle has been used (Beyer 1987). These formula find application in the common case of determining the volume of fluid in a cylindrical segment (i.e., horizontal cylindrical tank) based on the height of the fluid in the tank.

The area can also be found directly by integration as

 A=int_(-Rsin(theta/2))^(Rsin(theta/2))int_(Rcos(theta/2))^(sqrt(R^2-x^2))dydx.

(19)

It follows that the weighted mean of y is

<y> = int_(-Rsin(theta/2))^(Rsin(theta/2))int_(Rcos(theta/2))^(sqrt(R^2-x^2))ydydx

(20)

= 2/3R^3sin^3(1/2theta),

(21)

so the geometric centroid of the circular segment is

 y^_=(<y>)/A=(4Rsin^3(1/2theta))/(3(theta-sintheta)).

(22)

Checking shows that this obeys the proper limits y^_=4R/(3pi) for a semicircle (theta=pi) and y^_=R for a point mass at the top of the segment (theta->0).

CircularSegmentQuarter

Finding the value of h such that the circular segment (left figure) has area equal to 1/4 of the circle (right figure) is sometimes known as the quarter-tank problem.

Approximate formulas for the arc length and area are

 s approx sqrt(c^2+(16)/3h^2),

(23)

accurate to within 0.3% for 0 degrees<=theta<=90 degrees, and

 A approx 2/3ch+(h^3)/(2c),

(24)

accurate to within 0.1% for 0 degrees<=theta<=150 degrees and 0.8% for 150 degrees<=theta<=180 degrees (Harris and Stocker 1998).


REFERENCES:

Beyer, W. H. (Ed.). CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, p. 125, 1987.

Fukagawa, H. and Pedoe, D. "Segments of a Circle." §1.6 in Japanese Temple Geometry Problems. Winnipeg, Manitoba, Canada: Charles Babbage Research Foundation, pp. 14-15 and 88-92, 1989.

Harris, J. W. and Stocker, H. "Segment of a Circle." §3.8.6 in Handbook of Mathematics and Computational Science. New York: Springer-Verlag, pp. 92-93, 1998.

Kern, W. F. and Bland, J. R. Solid Mensuration with Proofs, 2nd ed. New York: Wiley, p. 4, 1948.

Sloane, N. J. A. Sequence A133742 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.