DETERMINATIO ATTRACTIONIS
QUAM IN PUNCTUM QUODVIS POSITIONIS DATAE
EXERCERET PLANETA SI EIUS MASSA
PER TOTAM ORBITAM
RATIONE TEMPORIS QUO SINGULAE PARTES DESCRIBUNTUR
UNIFORMITER ESSET DISPERTITA.
1.
Variationes saeculares, quas elementa orbitae planetariae a perturbatione alius planetae patiuntur, ab huius positione in orbita sunt independentes, atque eaedem forent, sive planeta perturbans in orbita elliptica secundum Kepleri leges incedat, sive ipsius massa per orbitam eatenus aequabiliter dispertita concipiatur, ut orbitae partibus, alias aequali temporis intervallo descriptis, iam aequales massae partes tribuantur, siquidem tempora revolutionum planetae perturbati et perturbantis non sint commensurabilia. Theorema hoc elegans, si a nemine hucusque disertis verbis propositum est, saltem perfacile ex astronomiae physicae principiis demonstratur. Problema itaque se offert tum per se, tum propter plura artificia, quae eius solutio requirit, attentione perdignum: attractionem orbitae planetariae, aut si mavis, annuli elliptici, cuius crassities infinite parva, atque secundum legem modo explicatam variabilis, in punctum quodlibet positione datum exacte determinare.
2.
Denotando excentricitatem orbitae per
atque puncti cuiusvis in ipsa anomaliam excentricam per
huius elemento
respondebit elementum anomaliae mediae
quamobrem elementum massae ei orbitae portiunculae, cui respondent illa elementa, tribuendum, erit ad massam integram, quam pro unitate accipiemus, ut
ad
exprimente
semicircumferentiam circuli pro radio
Statuendo itaque distantiam puncti attracti a puncto orbitae
attractio ab orbitae elemento producta erit

Designabimus semiaxem maiorem per
semiaxem minorem per
atque illum tamquam lineam abscissarum, centrumque ellipsis tamquam initium adoptabimus. Hinc erit
abscissa puncti orbitae
ordinata
Denique distantiam puncti attracti a plano orbitae denotabimus per
atque coordinatas reliquas axi maiori et minori parallelas per
et
His ita praeparatis, attractio elementi orbitae decomponetur in duas axi maiori et minori parallelas atque tertiam plano orbitae normalem, puta
ubi
Integratis hisce differentialibus ab
usque ad
prodibunt attractiones partiales
secundum directiones, directionibus coordinatarum oppositas, e quibus attractio integra composita erit, et quas per methodum notam ad quaslibet alias directiones referre licebit.
3.
Rei summa iam in eo versatur, ut introducta loco ipsius
alia variabili, quantitas radicalis in formam simpliciorem redigatur. Ad hunc finem statuemus

ubi autem novem coëfficientes

etc. manifesto non sunt penitus arbitrarii, sed certis conditionibus satisfacere debent, quas ante omnia perscrutari oportet. Primo observamus, substitutionem eandem manere, si omnes coëfficientes per eundem factorem multiplicentur, ita ut absque generalitatis detrimento uni ex ipsis valorem determinatum tribuere, e
.g
. statuere liceret

attamen concinnitatis caussa omnes novem aliquantisper indefiniti maneant. Porro monemus, ex
cludi debere valores tales, ubi

vel

ipsis

resp. proportionales essent: alioquin enim

haud amplius indeterminata maneret. Nequeunt igitur

simul evanescere.
Manifesto coëfficientes
etc. ita comparati esse debent, ut fiat indefinite

unde necessario haec functio habere debet formam

Hinc colligimus sex aequationes conditionales

(I)
Ab his aequationibus pendent plures aliae, quas evolvere operae pretium erit. Statuendo brevitatis caussa

(II)
e combinatione aequationum (I) facile derivantur novem sequentes:

(III)
E tribus primis harum aequationum rursus deducimus hanc:

cui aequivalens est haee:

quae adiumento aequationum 2, 3, 4 in (I) mutatur in hanc:

(IV)
Aeque facile ex aequationibus (I) derivantur hae:

(V)
Exempli caussa evolutionem primae adscribimus, ad cuius instar reliquae facile formabuntur. Aequationes 4, 2, 3 in (I) scilicet suppeditant

quae aequatio evoluta protinus ipsam primam in (V) sistit.
Ex his aequationibus (V) concludimus, valorem
in disquisitione nostra haud admissibilem esse; hinc enim omnes novem quantitates
etc. necessario evanescerent, i.e. coëfficientes
tum ipsis
tum ipsis
proportionales evaderent. Hinc etiam, propter aequationem IV, quantitas
evanescere nequit; quamobrem
necessario debet esse quantitas positiva, siquidem omnes coëfficientes
etc. debent esse reales. Combinatis tribus aequationibus primis in (III) cum tribus primis in (V), hae novae prodeunt, quae manifesto a valore ipsius
non evanescente pendent:

(VI)
Combinatio reliquarum easdem produceret. His denique adiungimus tres sequentes:

(VII)
quae facile ex aequationibus III derivantur; e.g. secunda, quinta et octava suppeditant:

Manifesto hae quoque aequationes ab exclusione valoris
sunt dependentes[1]
Quoniam, ut iam supra monuimus, omnes coëfficientes
etc. per eundem factorem multiplicare licet, unde valor ipsius
per quadratum eiusdem factoris multiplicatus prodibit, abhinc semper supponemus

quo pacto necessario quoque erit vel
vel
Patet itaque, novem coëfficientes
etc., inter quos sex aequationes conditionales adsunt, ad tres quantitates ab invicem independentes reducibiles esse debere, quod quidem commodissime per tres angulos sequenti modo efficitur:

ubi signorum ambiguorum superiora referuntur ad casum

inferiora ad casum

Attamen tractatio analytica ad maximam partem elegantius sine usu horum angulorum absolvitur. Ceterum haud difficile foret, significationem geometricam tum horum angulorum, tum reliquarum quantitatum auxiliarium in hac disquisitione occurrentium assignare; hanc vero interpretationem ad institutum nostrum haud necessariam lectori perito explicandam linquimus.
4.
Si iam in expressione distantiae
pro
et
valores supra assumti substituuntur, illa in hanc formam transibit:

ubi coëfficientes
etc. ita determinabimus, ut salvis sex aequationibus conditionalibus

[1]
adeoque etiam reliquis inde demanantibus, fiat

quo pacto problema generaliter loquendo erit determinatum. Quodsi itaque denominatorem ipsius
per
denotamus, transire debet functio trium quantitatum
haec

per substitutionem

in

Manifesto hoc idem est, ac si dicas, functionem trium indeterminatarum
hanc

per substitutionem

in functionem indeterminatarum
hanc

transire debere. At quum ex his formulis, adiumento aequationum [1], facile sequatur

manifesto functio
identica esse debebit cum hac

unde habemus sex aequationes

[2]
Ex his duodecim aequationibus [1] et [2] incognitas nostras

etc
., determinare oportebit.
5.
E combinatione aequationum [1] et [2] facile derivantur sequentes:

unde fit porro
 | [3] |
 | [4] |
 |
Ultimam sic quoque exhibere possumus

[5]
Perinde e combinatione aequationum [1] et [2] deducimus

atque hinc
 | [6] |
 | [7] |
 | [8] |
et prorsus simili modo
 | [9] |
 | [10] |
 | [11] |
Patet itaque,
esse radices aequationis

quae rite evoluta ita se habet


[13]
6.
Iam de indole huius aequationis cubicae sequentia sunt notanda.
I. Ex aequationis termino ultimo
concluditur, eam certe habere radicem unam realem, et quidem vel positivam, vel, si
cifrae aequalem. Denotemus hanc radicem realem non negativam per
II. Subtrahendo ab aequatione 12, ita exhibita

hanc

et dividendo per
oritur nova, duas reliquas radices complectens

quae rite ordinata et soluta suppeditat [14]

Haec expressio, quum quantitas sub signo radicali natura sua sit positiva, vel saltem non negativa, monstrat, etiam duas reliquas radices semper fieri reales.
III. Subtrahendo autem ab invicem aequationes istas sic exhibitas

et dividendo per
prodit aequatio duas reliquas radices continens in hacce forma:

cui manifesto, si
est quantitas positiva, per valorem positivum ipsius
satisfieri nequit. Unde concludimus, aequationem nostram cubicam radices positivas plures quam unam habere non posse.
IV. Quoties itaque
non est inter radices aequationis nostrae, aderunt necessario radix una positiva cum duabus negativis. Quoties vero
adeoque
una radicum, reliquas complectetur aequatio

unde hae radices exprimentur per

Tres casus hic iterum distinguere oportebit.
Primo si terminus ultimus
est positivus (i.e. si punctum attractum in plano ellipsis attrahentis intra curvam iacet), ambae radices, quum reales esse debeant, eodem signo affectae erunt, adeoque quum simul positivae esse nequeant, necessario erunt negativae. Ceterum hoc etiam independenter ab iis, quae iam demonstrata sunt, inde concludi potest, quod coëfficiens medius, quem ita exhibere licet

manifesto in hoc casu sit positivus.
Secundo, si terminus ultimus est negativus, sive punctum attractum in plano ellipsis extra curvam situm, necessario altera radix positiva erit, altera negativa.
Tertio autem, si terminus ultimus ipse evanesceret, sive punctum attractum in ipsa ellipsis circumferentia iaceret, etiam radix secunda fieret
atque tertia

i.e. negativa. Ceterum hunc casum, physice impossibilem, et in quo attractio ipsa infinite magna evaderet, a disquisitione nostra, hocce saltem loco, excludemus.
7.
Ad determinandos coëfficientes

ex aequationibus 1, 3, 4, 6, 7, 9, 10 invenimus

[15]
Ex his aequationibus rite cum 5, 8, 11 combinatis etiam sequitur:

[16]
Hae posteriores expressiones ostendunt, nullam quantitatum
negativam esse posse, siquidem
debent esse reales.
In casu itaque eo, ubi non est
necessario
aequalis statui debet radici positivae aequationis
patetque adeo,
aequalem esse debere alteri radici negativae, atque
aequalem alteri[2]; utram vero radicem pro
utram pro
adoptemus, prorsus arbitrarium erit.
Quoties
punctumque attractum intra curvam situm, duas radices negativas aequationis 13 necessario pro
et
adoptare et proin
statuere oportet. Quoniam vero in hoc casu formula prima in 16 fit indeterminata, formulam primam in 15 eius loco retinebimus, quae suppeditat

Quoties autem pro
punctum attractum extra ellipsin iacet, aequationis 13 radix positiva statuenda est
atque vel negativa
et
vel radix negativa
et
coëfficientem
vel
vero inveniemus per formulam

Ceterum in casu iam excluso, ubi punctum attractum in ipsa circumferentia ellipsis situm supponeretur, coëfficientes
et
vel
et
evaderent infiniti, quod indicat, transformationem nostram ad hunc casum omnino non esse applicabilem.
8.
Quamquam formulae 15, 16 ad determinationem coëfficientium
sufficere possent, tamen etiam elegantiores assignare licet. Ad hunc finem multiplicabimus aequationem [5] per
unde prodit, levi reductione facta,

Sed e natura aequationis cubicae fit
- summa radicum

- productum radicum

Hinc aequatio praecedens transit in sequentem:

quam etiam sic exhibere licet

Hinc valor coëfficientis
e formula prima in [15] transmutatur in sequentem:

[17]
Per analysin prorsus similem invenitur
 | [18] |
 | [19] |
Postquam coëfficientes
inventi sunt, reliqui
inde per formulas 3, 4, 6, 7, 9, 10 derivabuntur.
9.
Signa expressionum radicalium, per quas
determinavimus, ad lubitum accipi posse facile perspicitur. Operae autem pretium est, inquirere, quomodo signum quantitatis
cum signis istis nexum sit. Ad hunc finem consideremus aequationem tertiam in III art. 3.

quae per formulas 6, 7, 9, 10 transmutatur in hanc:

Sed e consideratione aequationis 13 facile deducimus

Hinc aequatio praecedens fit

quae combinata cum aequatione 17 suppeditat

Hinc patet, si pro

electa sit aequationis cubicae radix negativa absolute maior, simulque coëfficientes

omnes positive accepti sint,

idem signum nancisci, quod habet

idemque evenire, si his quatuor conditionibus, vel omnibus vel duabus ex ipsis, contraria acta sint, oppositum vero, si uni vel tribus conditionibus adversatus fueris. Ceterum sequentes adhuc relationes notare convenit, e praecedentibus facile derivandas:

10.
Formulae nostrae quibusdam casibus indeterminatae fieri possunt, quos seorsim considerare oportet. Ac primo quidem discutiemus casum eum, ubi aequationis cubicae radices negativae
aequales fiunt, unde, per formulas 18, 19, coëfficientes
valores infinitos nancisci videntur, qui autem revera sunt indeterminati.
Statuendo in formula 14,
patet, ut duo valores ipsius
i.e. ut
et
fiant aequales, necessario esse debere

Hinc facile intelligitur, quum
natura sua sit vel quantitas positiva, vel
esse debere
 |
sive  |
Substituendo hos valores in aequatione 14, fit

Substituendo porro valorem
in aequatione cubica 13, prodit

Quoties haec aequatio conditionalis simul cum aequatione
locum habet, casus, quem hic tractamus, adducitur. Et quum fiat

formula 17 suppeditat

ac dein formulae 3, 4

Valores coëfficientium
per formulas 18, 19 in hoc casu indeterminati manent, atque sic etiam valores coëfficientium reliquorum
Nihilominus per unum horum coëfficientium omnes quinque reliqui exprimi possunt, e.g. fit per formulam 6

ac dein




Sed concinnius hoc ita perficitur. Ex

sequitur

Quapropter statuere possumus

Dein vero e formulis




invenimus



Valor anguli
hic arbitrarius est, nec non pro lubitu statui poterit vel
vel
11.
Si
sunt inaequales, valores coëfficientium
per formulas 17, 18, 19 indeterminati esse nequeunt, sed quoties aliqua quantitatum
evanescit, valor coëfficientis
per formulam
resp. indeterminatus manere primo aspectu videtur, quod tamen secus se habere levis attentio docebit.
Supponumus e.g., esse
fietque, per aequationem
nec non per aequationem 7,
(siquidem non fuerit simul
) unde necessario esse debet
Si vero simul
formula, quae praecedit sextam in art. 5, suppeditat
quae aequatio cum
iuncta, producit

Hae expressiones manifesto indeterminatae esse nequeunt, nisi simul fuerit
tunc vero ad casum in art. praec. iam consideratum delaberemur.
12.
Postquam duodecim quantitates
complete determinare docuimus, ad evolutionem differentialis
progredimur. Statuamus

[20]
ita ut fiat
 | [21] |
 | [22] |
Hinc deducimus

adeoque

sive
![{\displaystyle t\operatorname {d} E=\varepsilon \operatorname {d} T\ldots \ldots \ldots \ldots \ldots \ldots \ldots \ldots [23]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3514fdac64230a7926020744d39a207dae31c1d7)
Observare convenit, quantitatem
natura sua semper positivam esse, si coëfficiens
sit positivus, vel semper negativam, si
sit negativus. Quum enim sit

erit semper
sine respectu signi, minor quam
Hinc concludimus, quoties
sit quantitas positiva, variabiles
et
semper simul crescere; quoties autem
sit quantitas negativa, necessario alteram variabilem semper decrescere, dum altera augeatur.
13.
Nexus inter variabiles
et
adhuc melius illustratur per ratiocinia sequentia. Statuendo
ita ut fiat
ex aequationibus 20, 21, 22 deducimus

Perinde ex aequationibus 21, 22 sequitur

Hae aequationes, statuendo

nanciscuntur formam sequentem:

unde fit per divisionem, propter

Hinc non solum eadem conclusio derivatur, ad quam in fine art. praec. deducti sumus, sed insuper etiam patet, si valor ipsius
crescat
gradibus, valorem ipsius
tantundem vel crescere vel diminui, prout
sit vel quantitas positiva vel negativa. Ceterum statuendo
manifesto erit


14.
E combinatione aequationum 20, 21, 22 cum aequationibus art. 5 obtinemus:

Statuendo itaque brevitatis gratia

fit



Sed habetur

signo superiore vel inferiore valente, prout
est quantitas positiva vel negativa (
enim natura sua semper positive accipitur), i.e. prout coëfficiens
est positivus vel negativus. Hinc

ubi signum ambiguum a signo quantitatis
pendet.
Ut iam valores ipsarum
obtineamus, integrationes differentialium exsequi oportet, a valore ipsius
cui respondet
usque ad valorem, cui respondet
sive etiam (quod manifesto eodem redit) a valore ipsius
cui respondet valor arbitrarius ipsius
usque ad valorem, cui respondet valor ipsius
auctus
licebit itaque integrare a
usque ad
quoties
est quantitas positiva, vel a
usque ad
quoties
est negativa. Manifesto itaque, independenter a signo ipsius
erit:

integrationibus a
usque ad
extensis.
15.
Nullo negotio perspicitur, integralia

a
usque ad
extensa obtinere valores aequales iis, quos nanciscantur, si a
usque ad
extendantur, sed signis oppositis affectos; quapropter ista integralia a
usque ad
extensa manifesto fiunt
Hinc colligimus, esse

integralibus a
usque ad
extensis. Quodsi itaque valores integralium, eadem extensione acceptorum,

per
denotamus, erit

quo pacto problema nostrum complete solutum est.
16.
Quod attinet ad quantitates
manifesto quidem utraque fit

quoties
in omnibus vero reliquis casibus ad transscendentes sunt referendae. Quas quomodo per series exprimere liceat, abunde constat. Lectoribus autem gratum fore speramus, si hacce occasione determinationem harum aliarumque transscendentium per algorithmum peculiarem expeditissimum explicemus, quo per multos iam abhinc annos frequenter usi sumus, et de quo alio loco copiosius agere propositum est.
Sint
duae quantitates positivae, statuamusque

ita ut
resp. sit medium arithmeticum et geometricum inter
et
Medium geometricum semper positive accipi supponemus. Perinde fiat

et sic porro, quo pacto series
etc., atque
etc. versus limitem communem rapidissime convergent, quem per
designabimus, atque simpliciter medium arithmetico-geometricum inter
et
vocabimus. Iam demonstrabimus,
esse valorem integralis

a
usque ad
extensi.
Demonstr. Supponamus, variabilem
ita per aliam
exprimi, ut fiat

perspicieturque facile, dum
a valore
usque ad
augeatur, etiam
(etsi inaequalibus intervallis) a
usque ad
crescere. Evolutione autem rite facta, invenitur esse

adeoque valores integralium

si utriusque variabilis a valore
usque ad valorem
extenditur, inter se aequales. Et quum perinde ulterius continuare liceat, patet, his valoribus etiam aequalem esse valorem integralis

a
usque ad
qui manifesto fit
Q. E. D.
17.
Ex aequatione, relationem inter
et
exhibente,

facile deducitur

atque hinc, adiumento eiusdem aequationis,

Multiplicata hac aequatione per

prodit

Multiplicando hanc aequationem per
substituendo
et integrando, a valoribus
et
usque ad
habemus:

Et quum integrale definitum ad dextram perinde transformare liceat, manifesto integrale

exprimetur per seriem infinitam citissime convergentem

Calculus numericus commodissime per logarithmos perficitur, si statuimus
unde erit
  etc. atque |
 |
18.
Per methodum hic explicatam etiam integralia indefinita (a valore variabilis
inchoantia) maxima concinnitate assignare licet. Scilicet, si
perinde per
determinari supponitur, uti
per
ac perinde rursus
per
et sic porro, etiam pro quovis valore determinato ipsius
valores terminorum serie
etc. ad limitem
citissime convergent, eritque

Sed haec obiter hic addigitavisse sufficiat, quum ad institutum nostrum non sint necessaria.
19.
Quodsi iam statuimus

valores quantitatum

facile ad transscendentes

reducentur. Quum enim

valores integralium

a
usque ad
extensorum, primo statim obvium est, haberi

[24]
Porro fit

Integrando hanc aequationem a
usque ad
prodit

[25]
E combinatione aequationum 24, 25 denique colligimus
