切片引理和两个意想不到的应用

文章探讨了切片引理,即等厚切割球体时,切片侧面积相等的数学原理。这个原理在二维情况不成立,并通过举例解释了其在平面和球面画圆问题中的应用。此外,还讨论了一个竞赛问题,证明有限宽度的纸带无法覆盖整个平面,而覆盖单位圆则需要宽度和至少为 2 的纸带。证明过程中,将平面问题转化为空间问题,展示了巧妙的思维转换。

    考考你的立体几何直觉:用一系列间距相等的平行平面把一个球体切成厚度相同的薄片,这些薄片的侧面积都相等吗?

  

    是的。用平行平面把球体截成一个个切片,如果切片的厚度都相同,那么它们的侧面积也都相同,不管这些切片位于球体的什么位置。也就是说,切片的侧面积是与切片的厚度成正比的。推导这个惊人的结论非常适合用作定积分计算旋转体侧面积的练习题。圆的表达式是 √1 - x^2 ,套用公式 ∫(a..b) 2π·f(x)·√1 + f'(x)^2 dx 即可发现,整个积分被化简为 ∫(a..b) 2π dx ,因此薄片侧面积就是 2π(b-a) 。换句话说,半径为 1 的球里,一个切片的侧面积总等于 2π 乘以切片的厚度,两个切片的侧面积相等当且仅当它们的厚度相等。我查了半天,似乎这个经典结论并没有什么特别的名字,不妨就把它叫做“切片引理”吧。

 
  

    有趣的是,这个定理在二维情形是不成立的。比方说,取半径 OA 的中点 M ,过 O 和 M 分别作半径的垂线。由于 OM 是 OB 的一半,可知 ∠AOB=60° , ∠BOC=30° ,弧 AB 和弧 BC 明显不相等。

 
    最近,我看到了两个非常有趣的问题,它们

基于可靠性评估序贯蒙特卡洛模拟法的配电网可靠性评估研究(Matlab代码实现)内容概要:本文围绕“基于可靠性评估序贯蒙特卡洛模拟法的配电网可靠性评估研究”,介绍了利用Matlab代码实现配电网可靠性的仿真分析方法。重点采用序贯蒙特卡洛模拟法对配电网进行长时间段的状态抽样与统计,通过模拟系统元件的故障与修复过程,评估配电网的关键可靠性指标,如系统停电频率、停电持续时间、负荷点可靠性等。该方法能够有效处理复杂网络结构与设备时序特性,提升评估精度,适用于含分布式电源、电动汽车等新型负荷接入的现代配电网。文中提供了完整的Matlab实现代码与案例分析,便于复现扩展应用。; 适合人群:具备电力系统基础知识Matlab编程能力的高校研究生、科研人员及电力行业技术人员,尤其适合从事配电网规划、运行与可靠性分析相关工作的人员; 使用场景及目标:①掌握序贯蒙特卡洛模拟法在电力系统可靠性评估中的基本原理与实现流程;②学习如何通过Matlab构建配电网仿真模型并进行状态转移模拟;③应用于含新能源接入的复杂配电网可靠性定量评估与优化设计; 阅读建议:建议结合文中提供的Matlab代码逐段调试运行,理解状态抽样、故障判断、修复逻辑及指标统计的具体实现方式,同时可扩展至不同网络结构或加入更多不确定性因素进行深化研究。
Barbalat引理通常有两个条件:一是函数 \(f(t)\) 的极限 \(\lim\limits_{t \rightarrow \infty}f(t)\) 存在且为常数;二是函数 \(f(t)\) 的导数 \(\dot{f}(t)\) 一致连续(等价于 \(f(t)\) 的二阶导有界)。在实际系统中,验证这两个条件的方法如下: ### 验证 \(\lim\limits_{t \rightarrow \infty}f(t)\) 存在且为常数 - **基于Lyapunov函数分析**:在稳定性分析中,常常构造Lyapunov候选函数 \(V(t)\)。若能证明 \(V(t)\) 是正定的,且其导数 \(\dot{V}(t)\) 是负半定的,那么 \(V(t)\) 是单调递减且有下界的函数。根据单调有界定理,\(\lim\limits_{t \rightarrow \infty}V(t)\) 存在且为常数。例如在无故障情况的稳定性分析中,定义Lyapunov候选函数 \(V_{n + 1}\),对其求导并化简得到 \(\dot{V}_{n + 1}\) 的范围,进而判断信号的有界性,最终确定 \(V_{n + 1}\) 的极限存在 [^2]。 - **数值模拟与实验观测**:通过计算机模拟或实际实验,获取函数 \(f(t)\) 在较长时间内的取值。如果随着时间 \(t\) 的增加,函数值逐渐稳定在一个固定值附近,且波动范围在可接受的误差范围内,就可以近似认为 \(\lim\limits_{t \rightarrow \infty}f(t)\) 存在且为常数。例如,使用Python代码模拟一个系统的状态变量随时间的变化: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 定义一个可能满足条件的函数 def f(t): return 1 - np.exp(-t) t = np.linspace(0, 10, 1000) f_values = f(t) plt.plot(t, f_values) plt.xlabel('Time') plt.ylabel('f(t)') plt.title('Function f(t) over time') plt.show() ``` 从绘制的图像中观察函数值是否趋于稳定。 ### 验证 \(\dot{f}(t)\) 一致连续(\(f(t)\) 的二阶导有界) - **理论推导**:对函数 \(f(t)\) 求二阶导数 \(\ddot{f}(t)\),然后通过数学分析证明 \(\ddot{f}(t)\) 有界。例如,对于简单的函数 \(f(t) = \sin(t)\),其一阶导数 \(\dot{f}(t)=\cos(t)\),二阶导数 \(\ddot{f}(t)=-\sin(t)\),由于 \(\vert -\sin(t) \vert \leq 1\),所以 \(\ddot{f}(t)\) 有界,进而可知 \(\dot{f}(t)\) 一致连续。 - **基于系统模型分析**:在实际系统中,如果已知系统的动力学模型,可以通过对模型进行分析来判断导数的一致连续性。例如,对于误差模型 \(\begin{cases} \dot{e}_x = v_r \cos e_{\theta} - v + \omega e_y \\ \dot{e}_y = v_r \sin e_{\theta} - \omega e_x \\ \dot{e}_{\theta} = \omega_r - \omega \end{cases}\),可以对其进行进一步的求导分析,结合系统参数的有界性等条件来判断误差导数的一致连续性 [^3]。
评论
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
红包 添加红包
表情包 插入表情
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值