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方程式 cosx=x 是否有解析解?

2021-01-30科學

更新:知乎小透明第一次擁有這麽多贊,受寵若驚,感謝大家的點贊。筆者目前只是個學生,沒有足夠能力獨自解決這個問題,在參考了C. E. Siewert和E. E. Burniston兩位大佬的paper [1] 後才寫下這篇回答。至於評論區提到的關於答案化簡的問題,請參考醬紫君大佬的這篇文章 [2] ,裏麵包含了若幹種其他形式的解析解以及相應的數值驗證,在此貼出,以饗各位讀者。

一、介紹

x=\cos x\Rightarrow x-\frac{\pi}{2}=\cos({x-\frac{\pi}{2}})=\sin x

這個方程式的一般形式叫做 克卜勒方程式 ( Kepler’s equation ) [3] 克卜勒方程式是天體力學研究的基礎,因此幾個世紀以來一直備受關註。對於橢圓軌域,克卜勒方程式通常寫成:

e \sin E=E-M \tag{1}\\

對於雙曲軌域,克卜勒方程式通常寫成:

e \sinh F=F+N \tag{2} \\

這裏應該配個圖

其中,輔助圓軌域上假想質點所轉過的角度\angle M 被稱為 平近點角 [4]

參考

  1. ^ An exact analytical solution of Kepler's Equation https://link.springer.com/article/10.1007/BF01231473
  2. ^ x = cos x 的解析形式 https://zhuanlan.zhihu.com/p/36297534
  3. ^ 克卜勒方程式 https://zh.wikipedia.org/zh-hans/開普勒方程
  4. ^ 平近點角 https://baike.baidu.com/item/平近点角/5984710