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建筑商人哈桑略通数学,他计算了一下,觉得黄金会有盈余。于是他以较低的承包价得到了这项装饰工程。但在施工前的测量中,工程师发现清真寺顶部实际上并非一个精确的半球面,而是一个半椭球面,其半立轴恰是30米,而半长轴和半短轴分别是30.6米和29.6米。这一来,哈桑犯了愁,他担心黄金是否还有盈余?甚至可能短缺,最后的结果究竟如何呢?
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【问题】拱形圆顶与椭圆顶哪个更划算?
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【分析】
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在此模型中假设金箔的损耗包括可能的损耗和其他技术因素,不包括施工过程中,外界的因素致使大量的金箔无法使用等。
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在此,考虑整个球或椭圆球的情形。半径为30米的球与半立轴是30米,半长轴和半短轴分别是30.6米和29.6米的椭圆球如图6-16和图6-17所示。
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图6-16 清真寺圆顶 图6-17 清真寺椭圆体顶 (1)对于球半盖,其方程为:
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上式变形如下,仅求解上半球的表面积:
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求方程中z对x、y偏导数为:
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则球半盖的表面积积分为:
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当且仅当H=R,S=2πR2=2π×302=5654.9。
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实际用量将会比清真寺顶部面积多1.5%。
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具体的MATLAB程序如下:
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clc,clear,close all %清屏和清除变量 warning off %消除警告 syms x y z R r H z=sqrt(R^2-x^2-y^2); dz_dx=diff(z); dz_dy=diff(z,‘y’); z1=sqrt((dz_dx)^2+(dz_dy)^2+1); z2=R/sqrt(R^2-r^2); z3=z2*r; Intxy=int(int(z3,‘r’,0,‘R’),‘y’,0,2*pi); >> pretty(Intxy) 2 1/2 2 (R ) R pi >> R=30; >> Intxy=2*(R^2)^(1/2)*R*pi Intxy = 5.6549e+003 >> Intxy*1.015 ans = 5.7397e+003
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(2)对于半椭球而言,其方程如下:
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其偏导数为:
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[ :1.70100805e+09 ]
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