・表面積の近似                            GAI 氏

 半径1の球体での表面積は、4*π=12.56637061435917295・・・ で与えられる。

 そこでこれを、この表面積と小数点以下7位まで(12.5663706)一致する楕円体

  x^2/a^2+y^2/b^2+z^2/c^2=1 (a>b>c)

の表面積で構成してみることを考える。

 今、b=1、c=0.9 で指定しておけば、aの値をどの様な数値で構成させればそれが可能か?
(多分難問。インターネット上のあらゆる手段を活用されても構いません。)


 らすかるさんからのコメントです。(令和3年3月31日付け)

 あらゆる手段を活用して良いなら、「楕円体の体積 - 高精度計算サイト」を使えば簡単で
すね。 a=1.10203215777604626499098086006で、30桁程度一致します。

(追記) 上記サイトの表面積の公式を、「楕円積分」のページの定義により積分の式に変換
    し、Pari/GPで、

f(a,b,c)=2*Pi*(c^2+a*b*sqrt(1-c^2/a^2)*intnum(t=0,sqrt(1-c^2/a^2),
    sqrt((1-(1-c^2/b^2)/(1-c^2/a^2)*t^2)/(1-t^2)))+b*c^2/a/sqrt(1-c^2/a^2)
    *intnum(t=0,sqrt(1-c^2/a^2),1/sqrt((1-t^2)*(1-(1-c^2/b^2)/(1-c^2/a^2)*t^2))))
(※適当に改行しましたが本当は1行で書きます)

を定義して、

solve(a=1.1,1.2,f(a,1,0.9)-4*Pi)

とすれば、好きな桁数が得られますね。精度を70桁にして計算すると、

a=1.102032157776046264990980860064003628386122117313767921321585756686736

が得られます。


 GAIさんからのコメントです。(令和3年4月8日付け)

 表面積を算出するのに、特殊積分の不完全楕円第一、第二積分を用いることで、随分複
雑な経緯が必要なんだなと感じていたが、その2つの完全第一、第二の楕円積分を同時に
組み合わせ求める公式に、長岡係数なるものが存在していることを知った。

 無限に長いソレノイドに対するインダクタンスを元に、有限ソレノイドのインダクタンス値を
導く修正係数で、あの原子モデルで有名な長岡半太郎が示した公式であるという。

 昔の原子物理学者くらいにしか認識がなかった人物が、物理の知識はもとより、これほど
に数学的操作や認識を持っていることに驚愕しました。(→ 論文

 いやー、これだけ自由に数学を使いこなしていることにビックリです。一気に、この人物の
人生や、生い立ちに興味が湧きました。



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