• 【实用性程序】弧微分计算圆周长


    最近学了学关于微积分的知识(当然,这还是最简单的),于是想到利用微分进行近似计算圆周长(除以2倍半径就是圆周率pi

    思路:

    首先把圆放在直角坐标系中,不妨设圆心(0,0),半径r = 1。 因而,圆的标准方程为 x^2+y^2  = 1   (1)

    下面开始微积分大法:(对圆方程这个隐函数求导数)

    对方程(1)两边对x求导数: 2*x + 2*y *  y′ = 0  (解释一下:x^2 的导数为 2x ,  y^2 的导数为 2y * y′  ,  y′就是y对x的导数 , 右边常数1的导数为 0)

    解出 y' = - x/y   

    根据微分 : dy = y' * dx , 再由弧微分的计算公式(实际上就是勾股定理), dx 对应的弧长约为 √dx^2+dy^2  .  图中MM' 近似用MT 表示。

    然后让dx取一个趋近于0的数,一段一段求和即可(类似割圆法的思想)

    代码:

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    
    double dx = 1,sum = 0,x,y,dy;
    
    int main()
    {
        int n;
        cin >> n; //精确程度 
        for (int i = 1 ; i <= n ; i ++) {
    		sum = 0;	dx *= 0.1;
    		printf("delta x = %llf ... sum = ",dx);
      	    for (x = dx ; x <= 1-dx  ; x += dx)
      	    {
       	   	    y = sqrt(1-x*x);
        	    dy = -x/y*dx;
        	    sum += sqrt(dx*dx+dy*dy);
          		 // printf("%.5f %.5f %.5f
    ",x,y,sum);
         	}
        	sum += 2*sqrt(dx*dx+dy*dy);
       		printf("%lf
    ",sum*4);		
        }
        return 0;
    }
    

    实际测试结果:                                                            

     

     理论结果:

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