托里切利定律與排水時間:微積分如何預測水位下降?
水從容器小孔流出的速率等於從水面自由落下到孔口的速率——這是托里切利定律。本文從白努利方程式推導 v = sqrt(2gh),再建立排水 ODE,並完整計算圓柱形水槽與半球碗的排空時間,展示微積分如何預測動態水位變化。
水從容器小孔流出的速率等於從水面自由落下到孔口的速率——這是托里切利定律。本文從白努利方程式推導 v = sqrt(2gh),再建立排水 ODE,並完整計算圓柱形水槽與半球碗的排空時間,展示微積分如何預測動態水位變化。
普通微積分找讓函數極值的數字;泛函與變分法則找讓泛函極值的函數形狀。本文從泛函的定義出發,推導 Euler–Lagrange 方程式,並以最短路徑、最速降線、費馬原理與最小作用量說明應用。
課本說氣體壓力公式 P = Nmv²/3V 對任意容器形狀都成立,卻從不給證明。本文用維里定理與散度定理補上這個缺口,說明為何形狀資訊在積分後只剩下體積 V,並延伸到真實氣體的維里修正。
從一個國中思想實驗出發,澄清大氣壓力等於空氣重量的誤解,推導靜液壓方程 grad p = rho g,再從壓力梯度的合力嚴格推導阿基米德浮力,最後說明無重力環境下壓力與浮力的行為。
從連續體假設出發,建立密度、壓力、速度的場描述;推導物質導數、質量守恆連續方程式、無黏流體的 Euler 方程式,最後把白努利方程式作為 Euler 方程式沿流線積分的結果嚴格推導出來。
第一類橢圓積分K(k)的反函數,定義出sn、cn、dn三個雅可比橢圓函數。本文從反函數出發建立它們的基本性質,推出單擺的精確解,並說明剛體自由轉動的歐拉方程式如何用同一套函數描述。
克卜勒軌道的週期不需要橢圓積分,但橢圓軌道本身的弧長、扁球重力場、三體問題與廣義相對論的近日點進動卻都需要。本文整理天體力學中橢圓積分真正出現的地方,並說明克卜勒問題特殊在哪裡。
整數、矩陣、多項式、排列看起來完全不同,但抽象代數用同一套語言描述它們:集合+運算+公理。本文從二元運算出發,一步步搭出群、環、體的概念地圖,並用整數、ℝ、矩陣、多項式環等熟悉的例子說明每個結構在管什麼。
二次、三次、四次方程都有根式公式,五次卻沒有,為什麼?本文從根的對稱性出發,介紹伽羅瓦群、伽羅瓦對應與可解群,說明Abel-Ruffini定理的代數本質,並回頭解釋cos20°為何可用根式表示卻不能尺規作圖。
cos30°=√3/2 大家都背得出來,但 cos15°、cos18°、cos36° 也都能寫成根式嗎?本文用複合角與倍角公式推導這些特殊角的根式表達,並說明哪些角度可以、哪些角度(如 cos20°)不可以,引出尺規作圖可作性的伏筆。