مساحة الدائرة

على الرغم من أنه يشار إليها غالبًا باسم مساحة الدائرة في السياقات غير الرسمية، إلا أن مصطلح القرص يشير بدقة إلى المنطقة الداخلية للدائرة، في حين أن الدائرة مخصصة للحدود فقط، وهو منحنى ولا يغطي أي مساحة بحد ذاتها. ولذلك، فإن مساحة القرص هي العبارة الأكثر دقة للمنطقة المحاطة بدائرة.

تستخدم الرياضيات المعاصرة حساب التفاضل والتكامل ونظيره الأكثر تقدمًا، وهو التحليل الحقيقي، لتحديد مساحة القرص. ومع ذلك، تمت دراسة مساحة القرص من قبل اليونانيين القدماء. في القرن الخامس قبل الميلاد وجد إيودوكسوس من كنيدوس أن مساحة القرص تتناسب مع مربع نصف قطره.^[1] استخدم أرخميدس في عمله "قياس الدائرة" أدوات الهندسة الإقليدية ليثبت أن المساحة داخل الدائرة تساوي مساحة المثلث القائم الذي قاعدته طول محيط الدائرة وارتفاعه يساوي نصف قطر الدائرة، ونظرًا لأن طول المحيط هو 2πr، ومساحة المثلث هي نصف القاعدة مضروبة في الارتفاع، فإن هذا الحساب يعطي المعادلة الرياضية (π r²) والتي تمكن من حساب مساحة لقرص. قبل أرخميدس، كان أبقراط الخيوسي أول من أثبت أن مساحة القرص تتناسب مع مربع قطره، كجزء من عمله على تربيع هلال أبقراط،^[2] لكنه لم يحدد ثابت التناسب.

مساحة مضلع منتظم تساوي نصف محيطه مضروبا في المسافة الفاصلة بين مركز المضلع وأحدٍ من أضلاعه. كلما كبُر عدد أضلاع مضلع منتظم، كلما اقترب المضلع المنتظم من الدائرة التي تضمه، وكلما اقتربت هذه المسافة من شعاع الدائرة. هذا الأمر يؤكد أن مساحة القرص تساوي نصف محيط الدائرة مضروبا في شعاعها.

ليس أكبر من

انظر إلى دائرة محيطة.

${\displaystyle {\begin{aligned}E&{}=C-T\\&{}>G_{n}\\P_{n}&{}=C-G_{n}\\&{}>C-E\\P_{n}&{}>T\end{aligned}}}$

ليس أصغر من

${\displaystyle {\begin{aligned}D&{}=T-C\\&{}>G_{n}\\P_{n}&{}=C+G_{n}\\&{}<C+D\\P_{n}&{}<T\end{aligned}}}$

برهان البصلة

انظر بصل.

${\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {Area} (r)&{}=\int _{0}^{r}2\pi t\,dt\\&{}=\left[(2\pi ){\frac {t^{2}}{2}}\right]_{t=0}^{r}\\&{}=\pi r^{2}.\end{aligned}}}$

طريقة المثلث

${\displaystyle {\begin{aligned}Area&{}={\frac {1}{2}}*base*height\\&{}={\frac {1}{2}}*2\pi r*r\\&{}=\pi r^{2}\end{aligned}}}$

طريقة نصف الدائرة

باستعمال تعريف التكامل ذاته، يمكن أن يُستنتج أن مساحة نصف الدائرة تساوي

${\displaystyle \int _{-r}^{r}{\sqrt {r^{2}-x^{2}}}\,dx}$

باستعمال تعويض مثلثي يتمثل في وضع ${\displaystyle x=r\sin \theta }$ ، نجد أن ${\displaystyle dx=r\cos \theta \,d\theta .}$

${\displaystyle =\int _{-{\frac {\pi }{2}}}^{\frac {\pi }{2}}{\sqrt {r^{2}(1-\sin ^{2}\theta )}}\cdot r\cos \theta \,d\theta }$

${\displaystyle =2r^{2}\int _{0}^{\frac {\pi }{2}}\cos ^{2}\theta \,d\theta }$

${\displaystyle ={\frac {\pi r^{2}}{2}}.}$

الاشتقاق

انظر طريقة مونت كارلو.

• مساحة القرص مع رسوم متحركة

• بوابة رياضيات