The perimeter of an ellipse has no exact closed-form expression in terms of elementary functions, and numerous approximations have been proposed since the eighteenth century. Classical formulas by Fagnano, Euler, and Ramanujan, as well as modern refinements such as Cantrell and Koshy methods, aim to reduce the approximation error while maintaining computational simplicity. In this paper, we introduce a new closed-form expression that enhances Ramanujan second formula by dividing it by 1 minus a binomial of two exponential terms resulting in a very stable approximation in a range of b/a between 1 and 1/10000, or even up to a smaller ratio. The resulting approximation remains compact, requiring only four constants, and achieving a remarkable tradeoff between simplicity and accuracy. Across the full eccentricity range of b/a in [0.0001,1], our method attains a maximum relative error of approximately 0.57 ppm with respect to the exact perimeter computed via elliptic integral. Our formula is quasi-exact at the extremes, for the circle b/a=1 and for the degenerate flat ellipse b/a=0. Compared with Cantrell approximation, the proposed method reduces the maximum relative error by a factor of 25 while preserving a short and elegant expression. This makes it one of the simplest yet most accurate closed-form and single-line approximations to the ellipse perimeter currently available in the literature.


翻译:椭圆周长无法用初等函数以精确闭式表达,自十八世纪以来已提出众多近似公式。从法尼亚诺、欧拉和拉马努金的经典公式,到坎特雷尔和科希方法等现代改进方案,皆致力于在保持计算简洁性的同时降低近似误差。本文提出一种新的闭式表达式,通过将拉马努金第二公式除以1减去两个指数项的二项式,显著提升了近似精度。该方法在b/a介于1至1/10000(甚至更小比值)范围内具有高度稳定性,仅需四个常数即可构建紧凑表达式,实现了简洁性与精确度的卓越平衡。在b/a∈[0.0001,1]的完整离心率范围内,相较于椭圆积分计算的精确周长,本方法最大相对误差约为0.57 ppm。该公式在极端情形下(圆b/a=1与退化扁平椭圆b/a=0)具有准精确性。与坎特雷尔近似相比,所提方法在保持表达式简洁优雅的同时,将最大相对误差降低了25倍,成为当前文献中最简洁且高精度的单行闭式椭圆周长近似公式之一。

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