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本帖最后由 谢芝灵 于 2020-7-27 12:04 编辑
宇宙真相(115):圆面积公式一波三折
作者:宇宙邪灵
摘要:古希腊的数学家,从圆内、外接正多边形夹逼去逼近圆面积。古印度的数学家,用类似切西瓜的办法拼成一个近似长方形面积。开普勒也仿照切西瓜的方法把圆分成无穷多个小扇形。拼成一个绝对长方形面积。才有熟悉的圆面积公式:S=π×r×r,很快被人指出错误。之后又有卡瓦利里用《不可分量》去修补S=π×r×r,同样犯了错误。最后柯西,用极限理论来打圆场:S=π×r×r。我将证明圆面积S和(π×r×r)是两个定数,不存在互相趋近关系,再证明了S≠π×r×r 。我找到了两个不同的个增函数(数列)都有极限,极限分别是(π×r×r)和S,证明了S>π×r×r 。
关键词:圆面积;π;扇形;等腰三角形
1 前言:
开普勒分割出来的无穷多个小扇形,每个小扇形面积究竟等于不等于零?
如果等于零,半径OA和半径OB就必然重合,小扇形OAB就不存在了;
如果客观存在的面积不等于零,小扇形OAB与小三角形OAB的面积就不会相等,见图二。
开普勒把两者看作相等就不对了。当时开普勒无语回答。
之后又有意大利卡瓦利里用《不可分量》更是逻辑混乱:他把现实中的物质的量子性与抽象的点线面混为一谈。不过他还算启蒙了物质的量子性。
最后柯西打了个圆场:用他们独创的极限理论圆了πr^2 =S。
我直接证明S>πr^2 。
2 定义:
本文n的定义:{n│∀ n,0<n∈N}
点的定义:长度a=0,宽度b=0,厚度c=0,仅用于标识一个确定的位置。
线的定义:长度a≠0,宽度b=0,厚度c=0,仅用于标识一个确定的长度几何空间。
面的定义:长度a≠0,宽度b≠0,厚度c=0,仅用于标识一个确定的长度和宽度没厚度几何空间。
圆的定义:取r>0,以r为半径画出的封闭曲线下面积最大的几何平面图。
3 逻辑证明:
定理1:扇形与等腰三角形周长相等、腰长相等,得:扇形面积大于三角形面积。
【看到此定理,大家会联想到:周长相等几何图,圆面积最大。】
证明:见(图一)
取圆的半径r=1/2,得圆周长为π
由扇形定义、三角形定义、面积定义得:面积大于0,
所以,以圆心为顶点,作任意一个扇形OAB:顶角θ必须180度>θ>0度,
得:扇形OAB中AB弧长为[π×(θ/360度)],
取等腰△O1A1B1每条腰长为r=1/2,等腰△O1A1B1底边A1B1为[π×(θ/360度)],
满足题意:扇形OAB周长=△O1A1B1周长、腰长相等。
注意:不能把等腰三角顶角当成θ度。
如果:圆面积=π×r×r,
得:周长相等的扇形面积=π×r×r×((θ/360度))
周长相等的等腰三角面积=(1/2)[π×(θ/360度)]×√[(1/2)^2-(πθ/360度)^2]
解得:周长相等的扇形面积>周长相等的等腰三角面积
【注明:当顶角θ为0度时,周长相等的扇形面积=周长相等的等腰三角面积=0
属逻辑错误下的相等,因为与 扇形、三角形、面积定义(面积大于0).此定理成立的前提:圆面积=π×r×r。】
证毕!
定理2:圆面积S≠π×r×r
证明:
取定值半径r=1/2,画圆,
得到定值圆周长=π,得到定值圆面积=S
得到定值:r×(π×r),
既然为定值,所以定值 r×(π×r)不趋近任何元素(不趋近S)。
既然为定值,所以定值 S不趋近任何元素(不趋近r×π×r)。
得到定理3:常数 r×(π×r)与常数S不存在趋近、极限关系。
常数 r×(π×r)与常数S,只能是相等关系或不等关系:
r×(π×r)=S (1)
r×(π×r)≠S (2)
反证法:假设(1)式成立。【可以引用定理1】
再做一个等腰三角形,腰长为r,且腰长、周长都分别与扇形腰长、周长相等:
(图一)
(图二)
注明:(图一)(图二)中的扇形为全等扇形。
扇形OAB周长=△O1A1B1周长;腰长对应相等
由假设(1)成立,定理1得:扇形OAB面积>△O1A1B1面积;
由定理1得:n→∞时,任意小的扇形面积>等周长的三角形面积。
n→∞时,必有:n个顶角为(360度/n)的扇形面积之和=S,
n→∞时,取:n个与扇形等周长的三角形面积之和=r×(π×r)
因为n→∞时,(360度/n)>0度
定理1得:S> r×(π×r),与假设矛盾。
排除(1)式,得到 S≠ r×(π×r)
证毕!
【要相等,只能:r×(π×r)=S =0。得到r=0。或:扇形、三角形顶角为0度,所有面积用线条代替。把没面积的线错觉的当成微小面积叠加。见点、线、面定义。】
定理4: 圆内无穷个三角A形趋近的圆,圆外无穷个三角形B趋近的是r×(π×r)。圆内无穷个三角A≠圆外无穷个三角形B
证明:
作两个增函数(数列):A和B
A是扇形(见图二)中三角形OAB依次平分后数列:
△OAB,2△OAC,4△OAE,.....
图解:△OAB面积<2△OAC面积<4△OAE面积<.....
计算得:△OAB面积>△OAC面积>△OAE面积>.....
A数列:△OAB面积,2△OAC面积,4△OAE面积,.....
上A数列简化记为:a1,a2,a3,a4,.....
微分后的每个三角形面积之和趋于扇形面积,
如果图中扇形顶角为60度
得:(A数列)×6 的极限为圆面积S
当n→∞时, 三角形的面积无限趋近圆面积。
上面记为:(n→∞)lim (∫(2^n×6×an))=S, (3)
在图一中,扇形顶角为60度,可证得△O1A1B1顶角大于60度:
因为△O1A1B1底边A1B1等于AB弧长,把△O1A1B1移到扇形上,
得:△O1A1B1顶角大于60度。
同理,B数列是(图一)△O1A1B1底边长度不变:
把△O1A1B1变为两个全等三角形:△O1A1C1≌△O1C1B1,且OA1=OC1=OB1,且:A1B1=A1C1+C1B1。注:C为新取的弧中点。
按上面原理依次平分三角形,保证为等腰三角形,底边长度累计不变。
得:△OA1B1,2△OA1C1,4△OA1E1,.....
图解:△OA1B1<2△OA1C1<4△OA1E1<.....
图解:△OA1B1>△OA1C1>△OA1E1>.....
B数列:△OA1B1,2△OA1C1,4△OA1E1,.....
上B数列简化记为:b1,b2,b3,b4,.....
当n→∞时,这类三角形面积无限趋近π×r×r。
为:(n→∞)lim (∫(2^n×6×bn))=π×r×r, (4)
可以证明定理5:A、B对应的三角形面积不相等、且:ai>bi
证:在A数列取任意一个a1,在B数列取对应b1,
得三角形面积:a1=(1/2)×p×√[(r)^2-(p/2)^2] (5)
得三角形面积:b1=(1/2)×q×√[(r)^2-(q/2)^2] (6)
P为扇形的弦长,也是a1底边;q为扇形的弧长,也是b1底边;
所以q>p,r=1/2
讨论:qq+pp-1,圆标识(分割)为6个60度角扇形(取4个90度角也行)。
以60度角扇形为开始
取 qq+pp得:π×π/36+(1/4)<1
还可得最值90度扇形,得:q1q1+p1p1<1
(5)(6)解得:ai>bi (7)
证明了:A函数(数列)> B函数(数列)。
证明了:A函数(数列)不等于 B函数(数列)。
证明了:圆内无穷个三角A≠圆外无穷个三角形B
证毕!
4 结论:
定理3 证明了 S≠ r×(π×r),
定理4 证明了圆内A→S,圆外(△O1A1B1顶角大于60度)B→r×(π×r)。
又 A≠B,就不能误认为:A→r×(π×r)。
其实圆面积图记为S它就是一个数。
用r×(π×r)是近似的有误差的表示。
柯西把A、B两个增数列视为全等,把圆面积视为r×(π×r)。
柯西是拿一个未证先定调,再来趋近。
在极限理心中的核心是lim(n→∞),所以只要是无穷极限都不能用等式。
圆面积又退回到古代数学中近似夹逼法。
圆面S它就是一个数,不能用别的异类符号去表示,
所以,圆面积你要么用S;或用别的数只能去近似。 |
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