命题XI 定理VIII
如果一个物体所受的阻碍部分地按照速度之比,部分地按照速度的二次比,且只由其固有的力在类似的介质中运动;而且时间被取作一算术级数,与速度成反比的量增加一给定的量成一几何级数。
以中心C,直角渐近线CADd和CH画双曲线BEe,且AB,DE,de平行于渐近线CH。在渐近线CD上点A,G被给定。且如果时间用均匀地增加的双曲线的面积ABED表示;我说,速度能用长度DF表示,它的倒数GD与给定的CG一起构成按几何级数增长的长度CD。
因为设小面积DEed是给定的极小的时间增量,则Dd与DE成反比且因此与CD成正比。所以1/(GD)的减量,它(由本卷引理II)是(Dd)/(GDq ),如同(CD)/(GDq )或者(CG+GD)/(GDq ),亦即,如同1/(GD)+(CG)/(GDq )。所以,当时间ABED由给定的小部分EDed相加均匀地增长,1/(GD)按照与速度相同的比减小。因为速度的减量如同阻力,这就是(由假设)如同两个量的和,其中的一个如同速度,另一个如同速度的平方;又1/(GD)的减量如同量1/(GD)及量(CG)/(GDq )的和,其中前者是1/(GD)自己,且后者(CG)/(GDq )如同1/(GD)q :因此1/(GD),由于减量的相似(analogus),如同速度。且如果量GD,它与1/(GD)成反比,增加给定的量CG;它们的和CD,在时间ABED均匀地增加时,按几何级数增大。此即所证 。
系理1 所以,如果点A和G给定,时间由双曲线的面积ABED表示,则速度能用GD的倒数1/(GD)表示。
系理2 且取GA比GD如同在开始时速度的倒数比在任意时间ABED结束时速度的倒数,点G将被发现。当它被发现,由其他任意给定的时间能发现速度。
命题XII 定理IX
对同样的假设,我说,如果[物体]所画出的空间被取作一算术级数,速度增加一给定的量成为一几何级数。
设在渐近线CD上点R被给定,且竖立垂线RS,它交双曲线于S,画出的空间用双曲线的面积RSED表示;又速度如同长度GD,它与给定的CG一起构成的长度按照几何级数减小,在此期间空间RSED按照算术级数增大。
因为,由于空间的减量EDde被给定,短线Dd,它是GD自身的减量,与ED成反比,且因此与CD成正比,这就是,如同同一个GD和给定的长度CG的和。但是速度的减量,在与它成反比的时间,且在此期间给定的空间的小部分DdeE被画出,如同阻力和时间的联合,亦即,与两个量的和成正比,其中一个如同速度,另一个如同速度的平方,且与速度成反比;且因此与两个量的和成正比,其中一个被给定,另一个如同速度。所以速度的减量以及直线GD的减量,如同一个给定量和一个减小的量的联合;且因为减量相似,减小的量总相似;即是速度和[直]线GD相似。此即所证 。
系理1 如果速度由长度GD表示,物体画出的空间如同双曲线的面积DESR。
系理2 且如果任意假设点R,通过取GR比GD,如同开始时的速度比画出任意的空间RSED后的速度,发现点G。发现点G后,由给定的速度空间被给定,且反之亦然。
系理3 因此,由于(命题XI)由给定的时间速度被给定,又由本命题由给定的速度空间被给定;从给定的时间,空间将被给定。且反之亦然。
命题XIII 定理X
假设一个物体由向下的均匀的重力吸引而直线上升或下降;并且它所受的阻碍部分地按照速度之比,部分地按照速度的二次比:我说,如果过共轭直径的端点引一个圆的和一条双曲线的直径的平行直线,又速度如同自一个给定的点所引的那些平行线的截段;则时间如同扇形的面积,它被自中心向截段的端点所引的直线割下;且反之亦然。
情形1 首先我们假设物体上升,且以中心D和任意的半直径DB画四分之一圆BETF,又过半直径DB的端点作无穷的[直线]BAP平行于半直径DF。在其上点A被给定,且截段AP被取得与速度成比例。又由于阻力的一部分如同速度且另一部分如同速度的平方;总的阻力如同APquad. +2BAP。连结DA,DP截圆于E和T,且重力由DAquad. 表示,这样重力比阻力如同DAq 比APq +2BAP:则上升的总时间如同圆扇形EDT。
因为引DVQ,割下速度AP的瞬PQ,和扇形DET的瞬DTV,它对应于时间的一个给定的瞬;又速度的那个减量PQ如同重力DAq 以及阻力APq +2BAP的和,亦即(由《几何原本 》卷2命题12)如同DPquad. 。所以面积DPQ,它与PQ成比例,如同DPquad. ,且面积DTV,它比面积DPQ如同DTq 比DPq ,如同给定的DTq 。所以通过减去给定的小部分DTV,面积随着将来的时间的瞬均匀地减小,且所以与上升的整个时间成比例。此即所证 。
情形2 如果速度在物体上升中用长度AP表示,如同上面,且阻力被假设为如同APq +2BAP,且如果重力小于能由DAq 表示的,取BD,它的长度使得ABq -BDq 与重力成比例,又DF垂直且等于DB,且过顶点F画双曲线FTVE,它的共轭半直径为DB和DF,且它截DA于E,又截DP,DQ于T和V;则上升的总时间如同双曲线扇形TDE。
因为在给定的时间的小部分产生的速度的减量PQ,如同阻力APq +2BAP以及重力ABq -BDq 的和,亦即,如同BPq -BDq 。但是面积DTV比面积DPQ如同DTq 比DPq ;且因此,如果向DF落下垂线GT,如同GTq 或者GDq -DFq 比BDq ,且如同GDq 比BPq ,又由分比,如同DFq 比BPq -BDq 。所以,由于面积DPQ如同PQ,亦即,如同BPq -BDq ;面积DTV如同给定的DFq 。所以在每一相等的时间的小部分,由减去相同数目的给定的小部分DTV,面积EDT均匀地减小,且所以与时间成比例。此即所证 。
情形3 设AP为物体在下落时的速度,且APq +2BAP为阻力,又BDq -ABq 为重力,角DBA为一个直角。且如果以中心D,主顶点B,画直角双曲线BETV截延长的DA,DP和DQ于E,T和V;则这个双曲线扇形DET如同下落的整个时间。
由于速度的增量PQ,且与它成比例面积的DPQ,如同重力对阻力的超出,亦即,如同BDq -ABq -2BAP-APq 或者BDq -BPq 。又面积DTV比面积DPQ如同DTq 比DPq ,且因此如同GTq 或者GDq -BDq 比BPq ,又如同GDq 比BDq ,再由分比,如同BDq 比BDq -BPq 。所以,由于面积DPQ如同BDq -BPq ,面积DTV将如同给定的BDq 。所以在每一相等的时间的小部分,由加上数目相同的给定的小部分DTV,面积DET均匀地增加,且所以与下落的时间成比例。此即所证 。
系理 如果以中心D和半直径DA,过顶点A画相似于弧ET的弧At,且类似地对着角ADT:速度Ap比一个速度,物体经时间EDT在无阻力的空间能在上升中失去它或者在下落中获得它,如同三角形DAP的面积比扇形DAt的面积;且因此由给定的时间而被给定。因为速度,在无阻力介质中与时间,且因此与这个扇形成比例;在阻力介质中[速度]如同三角形;且在两种介质中,当速度极小,它接近等量之比,正如扇形和三角形的表现。
解释
在物体上升时,此种情形亦被证明:当重力小于能由DAq 或者ABq +BDq 所表示的,以及大于能由ABq -BDq 所表示的,因而必须用ABq 表示。但是我急于转向其他问题。
命题XIV 定理XI
对同样的假设,我说,上升或者下降所画出的空间,如同表示时间的面积与另一以算术级数增加或者减小的面积的差;如果由阻力和重力合成的力被取作几何级数。
解释
球形物体在流体中的阻力部分来源于黏性,部分来源于摩擦,且部分来源于介质的密度。且阻力的那个部分,它来源于流体的密度,我们说它按照速度的二次比;另一部分,它来源于流体的黏性,是均匀的,或者如同时间的瞬;且因此现在可以进而论及物体的运动,它所受阻碍部分地为均匀的力或者按照时间的瞬的比,且部分地按照速度的二次比。在前面的命题VIII和IX,以及它们的系理中,对打开这一主题的探究之路已很充分。因在那些命题中,对上升物体的均匀阻力,它来源于它的重力,能用来源于介质的黏性的均匀阻力代替,当物体仅由其自身固有的力(vis insita)运动时;在物体直线上升时,可能重力要加上这个均匀阻力;在物体直线下落时,减去它。而且可以进而论及物体的运动,其所受的阻碍部分是均匀的力,部分按照速度之比,且部分按照速度的二次比。且我已在前面的命题XIII和XIV中开辟了道路,其中来源于介质的黏性的均匀阻力能代替重力,或者如上面那样与它复合。但我急于其它问题。