Elipsoide









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Imagem tridimensional de um elipsoide


Em matemática, um elipsoide (pré-AO 1990: elipsóide) é uma superfície cuja equação num sistema de coordenadas cartesianas x-y-z é


x2a2+y2b2+z2c2=1{displaystyle {x^{2} over a^{2}}+{y^{2} over b^{2}}+{z^{2} over c^{2}}=1}{displaystyle {x^{2} over a^{2}}+{y^{2} over b^{2}}+{z^{2} over c^{2}}=1}

onde a, b e c são números reais positivos que determinam as dimensões e forma do elipsoide. Se dois dos números são iguais, o elipsoide é um esferoide; se os três forem iguais, trata-se de uma esfera.


Supondo a ≥ b ≥ c, então:



  • a ≠ b ≠ c : o elipsoide é escaleno

  • c = 0 : o elipsoide é plano (duas elipses em simetria)

  • b = c : esferoide em forma de charuto

  • a = b : esferoide em forma de comprimido

  • a = b = c : esfera




Os esferoides resultam da rotação de uma elipse em torno de um dos seus eixos.




Índice






  • 1 Volume


  • 2 Área da superfície


  • 3 Transformações lineares


  • 4 Aplicação em cartografia


  • 5 Ver também


  • 6 Ligações externas


  • 7 Referências





Volume |


O volume de um elipsoide é dado por[1]:


43πabc{displaystyle {frac {4}{3}}pi abc}{frac  {4}{3}}pi abc


Área da superfície |


A área da superfície tem uma fórmula mais complexa, dada por:


(c2+bc2a2−c2F(θ,m)+ba2−c2E(θ,m)){displaystyle 2pi left(c^{2}+{frac {bc^{2}}{sqrt {a^{2}-c^{2}}}}F(theta ,m)+b{sqrt {a^{2}-c^{2}}}E(theta ,m)right)}{displaystyle 2pi left(c^{2}+{frac {bc^{2}}{sqrt {a^{2}-c^{2}}}}F(theta ,m)+b{sqrt {a^{2}-c^{2}}}E(theta ,m)right)}

em que



m=a2(b2−c2)b2(a2−c2){displaystyle m={frac {a^{2}(b^{2}-c^{2})}{b^{2}(a^{2}-c^{2})}}}{displaystyle m={frac {a^{2}(b^{2}-c^{2})}{b^{2}(a^{2}-c^{2})}}}

θ=arcsin⁡(e){displaystyle theta =arcsin {left(eright)}}{displaystyle theta =arcsin {left(eright)}}

e=1−c2a2{displaystyle e={sqrt {1-{frac {c^{2}}{a^{2}}}}}}{displaystyle e={sqrt {1-{frac {c^{2}}{a^{2}}}}}}


e F(θ,m){displaystyle F(theta ,m)}{displaystyle F(theta ,m)} e E(θ,m){displaystyle E(theta ,m)}{displaystyle E(theta ,m)} são os integrais elípticos incompletos do segundo e terceiro tipos.


Fórmulas aproximadas:


Elipsoide plano: =2π(ab){displaystyle =2pi left(abright)}{displaystyle =2pi left(abright)}

Se b=c{displaystyle b=c}{displaystyle b=c}: (c2+acarcsin⁡(e)e){displaystyle approx 2pi left(c^{2}+ac{frac {arcsin {left(eright)}}{e}}right)}{displaystyle approx 2pi left(c^{2}+ac{frac {arcsin {left(eright)}}{e}}right)}

Se a=b{displaystyle a=b}a=b: (a2+c2arctanh⁡(e)e){displaystyle approx 2pi left(a^{2}+c^{2}{frac {operatorname {arctanh} {left(eright)}}{e}}right)}{displaystyle approx 2pi left(a^{2}+c^{2}{frac {operatorname {arctanh} {left(eright)}}{e}}right)}

Se o elipsoide é escaleno: (apbp+apcp+bpcp3)1/p{displaystyle approx 4pi left({frac {a^{p}b^{p}+a^{p}c^{p}+b^{p}c^{p}}{3}}right)^{1/p}}{displaystyle approx 4pi left({frac {a^{p}b^{p}+a^{p}c^{p}+b^{p}c^{p}}{3}}right)^{1/p}}

onde p ≈ 1.6075 resulta num erro relativo máximo de cerca de 1.061% (fórmula de Knud Thomsen); um valor de
p = 8/5 = 1.6 resulta bem para praticamente todos os elipsoides esferoides, com erro relativo máximo de 1.178% (fórmula de David W. Cantrell).



Transformações lineares |


Ao aplicar uma transformação linear invertível a uma esfera, obtém-se um elipsoide


A intersecção de um elipsoide com um plano é um conjunto vazio, um ponto ou uma elipse.



Aplicação em cartografia |


Nas ciências cartográficas, os elipsoides são utilizados como aproximação da forma irregular da Terra, já que representam o achatamento nos pólos, ao contrário das esferas. As projecções cartográficas têm como domínio coordenadas elipsoidais.



Ver também |



  • Elipse

  • Paraboloide

  • Hiperboloide

  • Elipsoide de referência

  • Geoide

  • Lugar geométrico



Ligações externas |


  • Applet Interativo 3D em Java do elipsoide


Referências




  1. F. W. J. Olver, D. W. Lozier, R. F. Boisvert, and C. W. Clark, (editores), 2010, NIST Handbook of Mathematical Functions (Cambridge University Press)








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