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自然哲学的数学原理
1.9.7.8 命题XXXIX 问题XXVII
命题XXXIX 问题XXVII

假设任意种类的向心力,并且许可曲线图形的求积(24)(quadratura);需求直线上升或者下降的物体在每个位置的速度,以及时间,在此期间物体到达任意一个位置;并求逆问题。

设物体E由任意位置A在直线ADEC上下落,又由它的位置E总竖立垂线EG,与在那个位置与趋向中心C的向心力成比例:BFG为一条曲线,点G持续触及它。且在运动开始时EG与垂线AB重合,则物体在任意位置E的速度如同一条直线,它能作成曲线形的面积(25)(quæ potest aream curvilineam)ABGE。此即所求

在EG上取直线EM,它能作成与面积ABGE成反比的面积,VLM为一条曲线,点M持续触及它,且它的渐近线为AB的延长;则时间,在此期间下落物体画出直线AE,如同曲线形的面积ABTVME。此即所求

因为在直线AE上取给定长度的极短的线DE,且当物体曾经在D时,设DLF是直线EMG的位置;然后,如果向心力,使能作成面积ABGE的直线如同下落速度:则面积自身按照速度的二次比,亦即,如果在D和E的速度被写作V和V+I,则面积ABFD如同VV,且面积ABGE如同VV+2VI+II,由分比(divisim),面积DFGE如同2VI+II,且因此(DFGE)/(DE)如同[(2VI)+(II)]/(DE),亦即,如果取初生成的量的最初比,则长度DF如同量(2VI)/(DE),因此亦如同此量之半(I×V)/(DE)。但是时间,在此期间下落物体画出短线DE,与那条短线成正比,且与速度V成反比,又,力与速度的增量I成正比且与时间成反比,且因此如果取初生成的量的最初比,如同I×VDE,这就是,如同长度DF。所以,与DF或者EG成比例的一个力使物体的以一个速度下落,它如同能作成面积ABGE的直线。此即所证

此外,由于时间,在此期间任意给定长度的短线DE被画出,与速度成反比,且因此反比于能作成面积ABFD的直线;又DL,且因此初生成的面积DLME,与同一直线成反比:时间如同面积DLME,且所有时间的和如同所有面积的和,这就是,(由引理IV的系理)整个时间,在此期间直线AE被画出,如同整个面积ATVME。此即所证

系理1 如果设P为一个位置,物体应由此下落,在某一均匀的已知的向心力(如通常假设的重力)推动下它在位置D获得的速度等于一个速度,它能由另一物体在同一位置D获得,无论它由何种力下落,且在垂线DF上取DR,它比DF如同那个均匀的力比在位置D的另一个力,再补足矩形PDRQ,并割下面积ABFD等于它;则A为另一物体下落的位置。因为补足矩形DRSE,由于面积ABFD比面积DFGE如同VV比2VI,且因此如同 V比I,亦即,如同整个速度的一半比物体由不等的力下落时速度的增量;并且类似地,面积PQRD比面积DRSE如同整个速度的一半比物体由均匀的力下落时速度的增量;且那些增量(由于在相等的时间生成)如同产生它们的力,亦即,如同纵标线DF,DR,且因此如同初生成的面积DFGE,DRSE;由错比,总面积ABFD,PQRD彼此如同整个速度的一半,由于速度相等,所以面积相等。

系理2 因此,如果任意一个物体由任意的位置D以给定的速度向上或者向下被抛射,且向心力的定律被给定,在其他任意一个位置e它的速度被发现:竖立纵标线eg,并取那个速度比在位置D的速度,如同直线,或者由它能作成矩形PQRD增加了曲线形的面积DFge,如果位置e低于位置D;或者矩形PQRD减少了曲线形的面积DFge,如果位置e高于位置D;比一条直线,由它只能作成矩形PQRD。

系理3 时间亦可由竖立与PQRD+或者-Dfge的平方根成反比的纵标线em得知,且取时间,在此期间物体画出直线De,比一段时间,在此期间另一物体由一均匀的力从P下落到达D,如同曲线形的面积DLme比矩形2PD×DL。因为时间,在此期间物体由均匀的力画出直线PD,比一段时间,在此期间同一物体画出直线PE,按照PD比PE的二分之一次比,亦即(短线DE刚刚生成)按照PD比PD+ DE或者2PD比2PD +DE,则由分比,[物体画出直线PD的时间]比一段时间,在此期间同一物体画出短线DE,如同2PD比DE,且因此如同矩形2PD×DL比面积DLME;且时间,在此期间两物体画出短线DE,比一段时间,在此期间其中一个物体以不等的运动画出直线De,如同面积DLME比面积DLme,又由错比,最初的时间比最后的时间如同矩形2PD×DL比面积DLme。