0
EN
1
المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

قم بتسجيل الدخول اولاً لكي يتسنى لك الاعجاب والتعليق.

Circular Segment

المؤلف:  Beyer, W. H.

المصدر:  CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed. Boca Raton, FL: CRC Press

الجزء والصفحة:  ...

10-4-2020

1771

+

-

20

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[<span style={" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/CircularSegment/Inline3.gif" style="height:15px; width:5px" />xy<span style=}" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/CircularSegment/Inline4.gif" style="height:15px; width:5px" />, r<span style={" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/CircularSegment/Inline5.gif" style="height:15px; width:5px" />q1, q2<span style=}" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/CircularSegment/Inline6.gif" style="height:15px; width:5px" />]. Elliptical segments are similarly implemented as DiskSegment[<span style={" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/CircularSegment/Inline7.gif" style="height:15px; width:5px" />xy<span style=}" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/CircularSegment/Inline8.gif" style="height:15px; width:5px" />, <span style={" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/CircularSegment/Inline9.gif" style="height:15px; width:5px" />r1, r2<span style=}" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/CircularSegment/Inline10.gif" style="height:15px; width:5px" />, <span style={" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/CircularSegment/Inline11.gif" style="height:15px; width:5px" />q1, q2<span style=}" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/CircularSegment/Inline12.gif" style="height:15px; width:5px" />].

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."

اشترك بقناتنا على التلجرام ليصلك كل ما هو جديد