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

 EPUB   MOBI   PDF   RTF   TXT
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
1818
editio: incognita
fons: incognitus
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, excludi 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

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

etc.

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




  1. Forsan haud superfluum erit monere, nos analysin praecedentem consulto elegisse atque alii derivationi relationum III-VII praetulisse, quae quamquam aliquantulum elegantior videretur, tamen, accurate examinata, quibusdam dubiis obnoxia inventa est, quae non sine ambagibus removere licuisset.
  2. Proprie quidem ex analysi praecedenti tantummodo sequitur, et satisfacere debere aequationi 13, unde dubium esse videtur, annon liceat, utramque et eidem radici negativae aequalem ponere, prorsus neglecta radice tertia. Sed facile perspicietur, siquidem aequationis radix secunda et tertia sint inaequales, ex sequi et proin quod aequationi quartae in [1] est contrarium. Conf. quae infra de casu duarum radicum aequalium aequationis 13 dicentur.