1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : نظرية الاعداد :

Ball

المؤلف:  Apostol, T. M

المصدر:  Mathematical Analysis. Reading, MA: Addison-Wesley, 1974.

الجزء والصفحة:  ...

6-4-2020

902

Ball

The n-ball, denoted B^n, is the interior of a sphere S^(n-1), and sometimes also called the n-disk. (Although physicists often use the term "sphere" to mean the solid ball, mathematicians definitely do not!)

The ball of radius r centered at point <span style={x,y,z}" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/Ball/Inline6.gif" style="height:15px; width:46px" /> is implemented in the Wolfram Language as Ball[<span style={" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/Ball/Inline7.gif" style="height:15px; width:5px" />xyz<span style=}" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/Ball/Inline8.gif" style="height:15px; width:5px" />, r].

BallVolume

The equation for the surface area of the n-dimensional unit hypersphere S^n gives the recurrence relation

 S_(n+2)=(2piS_n)/n.

(1)

Using Gamma(n+1)=nGamma(n) then gives the hypercontent of the n-ball B^n of radius R as

 V_n=(S_nR^n)/n=(pi^(n/2)R^n)/((1/2n)Gamma(1/2n))=(pi^(n/2)R^n)/(Gamma(1+1/2n))

(2)

(Sommerville 1958, p. 136; Apostol 1974, p. 430; Conway and Sloane 1993). Strangely enough, the content reaches a maximum and then decreases towards 0 as n increases. The point of maximal content of a unit n-ball satisfies

(dV_n)/(dn) = (pi^(n/2)[lnpi-psi_0(1+1/2n)])/(2Gamma(1+1/2n))

(3)

= (pi^(n/2)[gamma+lnpi-H_(n/2)])/(nGamma(1/2n))

(4)

= 0,

(5)

where psi_0(x) is the digamma function, Gamma(z) is the gamma function, gamma is the Euler-Mascheroni constant, and H_n is a harmonic number. This equation cannot be solved analytically for n, but the numerical solution to

 gamma+lnpi-H_(n/2)=0

(6)

is n=5.25694... (OEIS A074455) (Wells 1986, p. 67). As a result, the five-dimensional unit ball B^5 has maximal content (Le Lionnais 1983; Wells 1986, p. 60).

The following table gives the content for the unit radius n-ball (OEIS A072345 and A072346), ratio of the volume of the n-ball to that of a circumscribed hypercube (OEIS A087299), and surface area of the n-ball (OEIS A072478 and A072479).

n V_n V_(ball)/V_(cube) S_n
0 1 1 0
1 2 1 2
2 pi 1/4pi 2pi
3 4/3pi 1/6pi 4pi
4 1/2pi^2 1/(32)pi^2 2pi^2
5 8/(15)pi^2 1/(60)pi^2 8/3pi^2
6 1/6pi^3 1/(384)pi^3 pi^3
7 (16)/(105)pi^3 1/(840)pi^3 (16)/(15)pi^3
8 1/(24)pi^4 1/(6144)pi^4 1/3pi^4
9 (32)/(945)pi^4 1/(15120)pi^4 (32)/(105)pi^4
10 1/(120)pi^5 1/(122880)pi^5 1/(12)pi^5

Let V_n denote the volume of an n-dimensional ball of radius R. Then

sum_(n=0,2,4,...)^(infty)V_n = e^(piR^2)

(7)

sum_(n=1,3,5,...)^(infty)V_n = e^(piR^2)erf(sqrt(pi)R),

(8)

so

 sum_(n=0)^inftyV_n=e^(piR^2)[1+erf(Rsqrt(pi))],

(9)

where erf(x) is the erf function (Freden 1993).


REFERENCES:

Apostol, T. M. Mathematical Analysis. Reading, MA: Addison-Wesley, 1974.

Conway, J. H. and Sloane, N. J. A. Sphere Packings, Lattices, and Groups, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, p. 9, 1993.

Freden, E. "Problem 10207: Summing a Series of Volumes." Amer. Math. Monthly 100, 882, 1993.

Le Lionnais, F. Les nombres remarquables. Paris: Hermann, p. 58, 1983.

Sloane, N. J. A. Sequences A072345, A072346, A072478, A072479, A074455, and A087299 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Sommerville, D. M. Y. An Introduction to the Geometry of n Dimensions. New York: Dover, p. 136, 1958.

Wells, D. The Penguin Dictionary of Curious and Interesting Numbers. Middlesex, England: Penguin Books, 1986.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي