面积
面积(外文名:area)是一个用作表示一个曲面或平面图形所占范围的量,可看成是长度(一维度量)及体积(三维度量)的二维类比,对三维立体图形而言,图形的边界的面积称为表面积。
基本信息
- 中文名
面积
- 外文名
area
- 适用学科
数学
- 分类
二维、三维
- 国际标准单位
平方米、平方公尺
基础定义
面积是表示平面中二维图形或形状或平面层的程度的数量。表面积是三维物体的二维表面上的模拟物。面积可以理解为具有给定厚度的材料的量,面积是形成形状的模型所必需的,或者用单一涂层覆盖表面所需的涂料量。它是曲线长度(一维概念)或实体体积(三维概念)的二维模拟。
可以通过将固定尺寸的形状与正方形进行比较来测量形状的面积。在国际单位制(SI)中,标准单位面积为平方米(平方米),面积为一米长的正方形面积,面积为三平方米的形状将与三个这样的广场相同。在数学中,单位正方形被定义为具有区域1,任何其他形状或表面的面积都是无量纲实数。
有几种众所周知的简单形状的公式,如三角形,矩形和圆形。使用这些公式,可以通过将多边形分成三角形来找到任何多边形的面积。对于具有弯曲边界的形状,通常需要微积分来计算面积。事实上,确定飞机数字面积的问题是演算历史发展的主要动机。
对于诸如球体,锥体或圆柱体的实体形状,其边界面的面积被称为表面积,简单形状的表面区域的公式由古希腊人计算,但计算更复杂形状的表面积通常需要多变量微积分。 [2]
区域在现代数学中起着重要的作用。除了其在几何和微积分中的显着重要性,面积与线性代数中的决定因素的定义有关,是微分几何中表面的基本特性。在分析中,使用Lebesgue测量来定义平面的子集的面积,尽管并不是每个子集都是可测量的。一般来说,高等数学领域被视为二维地区体积的特殊情况。
可以通过使用公理来定义区域,将其定义为某些平面图的集合与实数集合的函数。可以证明存在这样的函数。
演绎过程
圆的面积
在公元前5世纪,希俄斯堡的希波克拉底是第一个显示盘片区域(由圆圈包围的区域)与其直径的平方成比例的,作为他在希波克拉底时代的正交的一部分,但没有确定比例常数。 Cnidus的Eudoxus也在公元前5世纪也发现磁盘的面积与其半径平方成正比。
随后,欧几里德要素的第一卷涉及二维人物之间的平等。数学家阿基米德使用欧几里德几何的工具来表明,在他的书“测量圈”中,一个圆内的区域与一个直角三角形的直角三角形相同,其直径三角形具有圆的圆周长度,高度等于圆的半径。 (圆周为2πr,三角形的面积为基准的一半乘以高度,产生磁盘的面积为πr²)。阿基米德的近似值为π(因此单位半径圆的面积)与他的倍数方法,其中刻有一个正三角形的圆圈并注明其面积,然后将边数增加一倍,给出正六边形,然后随着多边形的面积越来越接近圆的边数,反复加倍边数(并用限定的多边形做同样的)。
1761年,瑞士科学家约翰·海因里希·兰伯特(Johann Heinrich Lambert)证明,一个圆的面积与其平方半径的比值是不合理的,这意味着π不等于任意两个整数的商。 1794年,法国数学家Adrien-Marie Legendre证明π2是不合理的;这也证明π是不合理的。1882年,德国数学家费迪南德·冯·林德曼(Ferdinand von Lindemann)证明,π是超验的(不是任何具有理性系数的多项式方程的解),证实了勒让德和欧拉的推测。
三角形面积
亚历山大的苍鹭(或英雄)发现了三角形方面所谓的苍鹭的公式,并且在他的书中,可以在他的大约60年前写的Metrica的书中找到一个证明。有人建议阿基米德在两个世纪前知道这个公式,由于Metrica是古代世界可用的数学知识的集合,所以有可能该公式早于该作品中的参考。 [3]
在印度数学和印度天文学古典时代的一位伟大的数学家 - 天文学家499年,Aryabhata将三角形的面积表示为Aryabhatiya高度的一半。
中国人独立于希腊人发现了相当于苍鹭的公式。它于1247年在蜀崎九章出版(“九章数学论”)上发表,由秦九绍撰写。
四边形面积
在公元七世纪,Brahmagupta开发了一个公式,现在称为Brahmagupta的公式,用于其侧面的循环四边形(四边形刻在圆中)的面积。 1842年,德国数学家Carl Anton Bretschneider和Karl Georg Christian von Staudt独立地发现了一种称为Bretschneider公式的公式,用于任何四边形的区域。
一般多边形面积