椭圆面积公式的几种推导方法 椭圆周长公式推导

今天从网上看了不少关于椭圆面积公式S=πab的推导方法,从中摘录了2种比较简单的方法,如下:(SQR为根号)

1.仿射变换法

其实从椭圆方程可知,椭圆是一个被“压缩”了的圆。

设椭圆方程为:(x/a)^2+(y/b)^2=1

令:x'=x,y'=y*a/b,

我们就可以在新的坐标系中得到一个圆:x'^2+y'^2=a^2

新坐标系其实是一个在y方向等比(比例为a/b)拉长了的坐标系,这样在新坐标系得到面积S=π*a^2后,再乘以比例b/a后得到:S=π*a*b就是所求答案

2.积分

取第一象限部分,y=SQR(b^2-b^2x^2/a^2),积分从0到a,换元t=x/a, 得S/4=ab∫(0,1)SQR(1-t^2)dt,根据积分的几何意义,所求的积分为1/4单位圆的面积,得证S=πab

看到以上2种方法,有些惭愧,但还是写下了我的推导方法,原理跟第二种方法类似,前提是圆的面积公式和积分定理,如下

在坐标系X0Y中,作圆:x'^2+y'^2=a^2,和焦点在X轴的椭圆:(x/a)^2+(y/b)^2=1(椭圆的长轴长与圆的直径相等)

椭圆面积公式的几种推导方法 椭圆周长公式推导

先将上2个方程换成第一,二象限用Y关于X的解释式

半圆:g(x)=SQR(a^2-x^2)半椭圆:h(x)=SQR(b^2-b^2x^2/a^2)=(b/a)SQR(a^2-x^2)

令f(x)=g(x)-h(x)=(1-b/a)(a^2-x^2),积分从-a到a得∫(-a,a)f(x)dt=(1-b/a)∫(-a,a)g(x)(积分的性质)

由圆的面积易知∫(-a,a)g(x)=0.5*πa^2

则∫(-a,a)f(x)dt=(1-b/a)(0.5*πa^2)

(∫(-a,a)f(x)dt表示在第一,二象限圆的面积减去椭圆的面积)

那么椭圆在第一,二象限的面积就等于0.5*πa^2-(1-b/a)(0.5*πa^2)=0.5πab

那么椭圆的总面积S=2*0.5πab=πab,得证

  

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