<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing with OASIS Tables v3.0 20080202//EN" "https://jats.nlm.nih.gov/nlm-dtd/publishing/3.0/journalpub-oasis3.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:oasis="http://docs.oasis-open.org/ns/oasis-exchange/table" xml:lang="en" dtd-version="3.0" article-type="research-article">
  <front>
    <journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher">WES</journal-id><journal-title-group>
    <journal-title>Wind Energy Science</journal-title>
    <abbrev-journal-title abbrev-type="publisher">WES</abbrev-journal-title><abbrev-journal-title abbrev-type="nlm-ta">Wind Energ. Sci.</abbrev-journal-title>
  </journal-title-group><issn pub-type="epub">2366-7451</issn><publisher>
    <publisher-name>Copernicus Publications</publisher-name>
    <publisher-loc>Göttingen, Germany</publisher-loc>
  </publisher></journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.5194/wes-10-451-2025</article-id><title-group><article-title>Glauert's optimum rotor disk revisited – a calculus of variations solution and exact integrals for thrust and bending moment coefficients</article-title><alt-title>Glauert's optimum rotor disk revisited</alt-title>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff1">
          <name><surname>Tyagi</surname><given-names>Divya</given-names></name>
          
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes" rid="aff1">
          <name><surname>Schmitz</surname><given-names>Sven</given-names></name>
          <email>sus52@psu.edu</email>
        </contrib>
        <aff id="aff1"><label>1</label><institution>Department of Aerospace Engineering, The Pennsylvania State University, University Park, 16801, PA, USA</institution>
        </aff>
      </contrib-group>
      <author-notes><corresp id="corr1">Sven Schmitz (sus52@psu.edu)</corresp></author-notes><pub-date><day>21</day><month>February</month><year>2025</year></pub-date>
      
      <volume>10</volume>
      <issue>2</issue>
      <fpage>451</fpage><lpage>460</lpage>
      <history>
        <date date-type="received"><day>3</day><month>September</month><year>2024</year></date>
           <date date-type="rev-request"><day>30</day><month>September</month><year>2024</year></date>
           <date date-type="rev-recd"><day>29</day><month>October</month><year>2024</year></date>
           <date date-type="accepted"><day>29</day><month>November</month><year>2024</year></date>
      </history>
      <permissions>
        <copyright-statement>Copyright: © 2025 Divya Tyagi</copyright-statement>
        <copyright-year>2025</copyright-year>
      <license license-type="open-access"><license-p>This work is licensed under the Creative Commons Attribution 4.0 International License. To view a copy of this licence, visit <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ext-link></license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/wes-10-451-2025.html">This article is available from https://wes.copernicus.org/articles/wes-10-451-2025.html</self-uri><self-uri xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/wes-10-451-2025.pdf">The full text article is available as a PDF file from https://wes.copernicus.org/articles/wes-10-451-2025.pdf</self-uri>
      <abstract><title>Abstract</title>

      <p id="d2e86">The present work is an amendment to Glauert's optimum rotor disk solution for the maximum power coefficient, <inline-formula><mml:math id="M1" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, as a function of tip speed ratio, <inline-formula><mml:math id="M2" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. First, an alternate mathematical approach is pursued towards the optimization problem by means of calculus of variations. Secondly, analytical solutions for thrust and bending moment coefficients, <inline-formula><mml:math id="M3" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M4" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, are derived, where an interesting characteristic is revealed pertaining to their asymptotic behavior for <inline-formula><mml:math id="M5" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In addition, the limit case of the non-rotating actuator disk for <inline-formula><mml:math id="M6" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is shown for all three performance coefficients by repeated use of L'Hôpital's theorem, and its validity is discussed in the context of other works since Glauert.</p>
  </abstract>
    </article-meta>
  </front>
<body>
      

<sec id="Ch1.S1" sec-type="intro">
  <label>1</label><title>Introduction</title>
      <p id="d2e167">The original work of Glauert consisted of a closed-form solution describing the optimum performance of a rotating actuator disk <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx5" id="paren.1"/>, where the simplified actuator disk concept for infinitely bladed propellers <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx1 bib1.bibx9" id="paren.2"/> was extended to wake rotation of energy-extracting rotors; see also <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx11" id="text.3"/> for a review on the early history of momentum theory. In order for Glauert to close the basic equations of rotor disk theory, additional assumptions had to be applied that utilized a simple relationship between the induced velocity components and pressure jump at the rotor disk <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx15" id="paren.4"/>. At the time of Glauert, it was assumed that the kinetic energy required for wake rotation was extracted from the freestream <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx6" id="paren.5"/>, and this assumed wake energy and a constant pressure jump across the rotor disk remain the fundamental assumptions in Glauert's theory. In this regard, Glauert's model differed from that of <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx8" id="text.6"/>, which was built on the assumption of constant circulation across the rotor disk <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx3 bib1.bibx15" id="paren.7"/>. Also, <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx4" id="text.8"/> questioned the validity of ignoring the static pressure drop caused by wake rotation. Indeed, an additional pressure drop is required to balance the centrifugal force of rotating air parcels as a function of radial location on the disk; see also <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx14" id="text.9"/> for a discussion of a general momentum theory. A complete and comprehensive summary of the validity of all rotor disk theory models can be found in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx15" id="text.10"/>. In the end, various rotor disk models all approach the accepted Betz limit for maximum rotor power coefficient at high tip speed ratio. To date, however, no exact integrals have been presented for thrust and bending moment coefficients based on Glauert's optimum solution for axial and angular induction factors.</p>
      <p id="d2e201">The objective of the present work is to determine the exact integrals for thrust and bending moment coefficients, serving as an addendum to Glauert's original work deriving optimum power coefficients. In doing so, an elegant solution by means of calculus of variation reveals itself, recovering Glauert's optimum distributions for axial and angular induction factors. Exact integrals for thrust and bending moment coefficients are then derived, including proper limit behavior of performance coefficients for low and high tip speed ratio. This work is organized as follows: Sect. 2 introduces classical rotor disk theory and relevant dimensionless parameters. Section 3 discusses Glauert's optimum solution for the maximum power coefficient, as well as an alternate optimization approach by means of calculus of variation, and a formal asymptotic behavior of induction factors. Sections 4 and 5 detail the mathematics uncovering the exact integrals for thrust and bending moment coefficients, respectively. Section 6 summarizes the analytical solutions for all three performance coefficients and discusses the limitations with respect to validity at very low tip speed ratio. Section 7 contains some concluding remarks highlighting results obtained within the context of the typical range of tip speed ratio for modern wind turbines.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2">
  <label>2</label><title>Rotor disk theory – axial/angular induction factors and power coefficient</title>
      <p id="d2e212">The classical rotor disk formulation according to <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx5" id="text.11"/> has been documented in various texts <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx17 bib1.bibx7 bib1.bibx10 bib1.bibx3 bib1.bibx18 bib1.bibx12 bib1.bibx15 bib1.bibx13" id="paren.12"/>. In the following, only the primary relations relevant to this work are summarized.</p>
      <p id="d2e221">Consider an axi-symmetric streamtube model that encompasses a wind turbine. The cross section, where the rotor is located, can be represented by a thin rotor disk of area, <inline-formula><mml:math id="M7" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math id="M8" display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the disk radius. The axial induction factor, <inline-formula><mml:math id="M9" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>, determines the reduction in wind speed, <inline-formula><mml:math id="M10" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, at the disk. This coefficient is defined as
          <disp-formula id="Ch1.E1" content-type="numbered"><label>1</label><mml:math id="M11" display="block"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        where <inline-formula><mml:math id="M12" display="inline"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the axial speed at the rotor disk. As a consequence of rotor thrust, there exists a discontinuity in pressure, <inline-formula><mml:math id="M13" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, at the disk. Therefore, Bernoulli's equation is applied both upstream and downstream of the disk. Adding these two equations together allows solving for <inline-formula><mml:math id="M14" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, i.e. the pressure jump arising from disk theory,
          <disp-formula id="Ch1.E2" content-type="numbered"><label>2</label><mml:math id="M15" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        in terms of the fluid density, <inline-formula><mml:math id="M16" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M17" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M18" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> as shown. Next, disk rotation is added at an angular speed, <inline-formula><mml:math id="M19" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The wake angular velocity component, <inline-formula><mml:math id="M20" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi></mml:math></inline-formula>, just downstream of the disk, however, is affected by a rotor disk torque in the circumferential direction. The angular induction factor, <inline-formula><mml:math id="M21" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, relates the wake angular velocity to the angular speed of the rotor disk:
          <disp-formula id="Ch1.E3" content-type="numbered"><label>3</label><mml:math id="M22" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e432">Bernoulli's equation is applied once more upstream and downstream of the rotor disk. Note that in Glauert's theory, the assumption is that the same pressure jump, <inline-formula><mml:math id="M23" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, that generates thrust also generates rotor torque and power. The resulting <inline-formula><mml:math id="M24" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> equation arising from added wake rotation becomes
          <disp-formula id="Ch1.E4" content-type="numbered"><label>4</label><mml:math id="M25" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e505">A practical relation between <inline-formula><mml:math id="M26" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M27" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is obtained by equating Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E2"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E4"/>) such that
          <disp-formula id="Ch1.E5" content-type="numbered"><label>5</label><mml:math id="M28" display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        where <inline-formula><mml:math id="M29" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the local tip speed ratio, with <inline-formula><mml:math id="M30" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> being the non-dimensional blade radius and <inline-formula><mml:math id="M31" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> being the tip speed ratio. In rotor disk theory, the rotor power coefficient, <inline-formula><mml:math id="M32" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math id="M33" display="inline"><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula> being rotor power, is obtained by the following integral:
          <disp-formula id="Ch1.E6" content-type="numbered"><label>6</label><mml:math id="M34" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3">
  <label>3</label><title>Glauert's original optimum solution</title>
      <p id="d2e753">In 1935, aerodynamicist Hermann Glauert approached the mathematical optimization problem of maximizing <inline-formula><mml:math id="M35" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as a function of <inline-formula><mml:math id="M36" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Glauert's formal definition of the objective function <inline-formula><mml:math id="M37" display="inline"><mml:mi>f</mml:mi></mml:math></inline-formula> is given as
          <disp-formula id="Ch1.E7" content-type="numbered"><label>7</label><mml:math id="M38" display="block"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e821">For the sake of brevity, Glauert's detailed derivation is not presented here but is included in modified form in Appendix A. It concludes in a third-order polynomial for <inline-formula><mml:math id="M39" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:
          <disp-formula id="Ch1.E8" content-type="numbered"><label>8</label><mml:math id="M40" display="block"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">16</mml:mn><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        which can be solved iteratively using, for example, a Newton–Raphson algorithm. Glauert also found a simple expression for <inline-formula><mml:math id="M41" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that reads
          <disp-formula id="Ch1.E9" content-type="numbered"><label>9</label><mml:math id="M42" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e959">Next, Glauert substituted the optimum solutions for <inline-formula><mml:math id="M43" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M44" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> back into Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E6"/>) and solved for the exact integral for the maximum power coefficient, <inline-formula><mml:math id="M45" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, as a function of tip speed ratio, <inline-formula><mml:math id="M46" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math></inline-formula>:
          <disp-formula id="Ch1.E10" content-type="numbered"><label>10</label><mml:math id="M47" display="block"><mml:mrow><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">64</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">72</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">124</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">38</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">63</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:mi>ln⁡</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        where <inline-formula><mml:math id="M48" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the corresponding solution of <inline-formula><mml:math id="M49" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> when evaluating Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E8"/>) at <inline-formula><mml:math id="M50" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The exact <inline-formula><mml:math id="M51" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> integral from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E10"/>) converges to the theoretical Betz limit at <inline-formula><mml:math id="M52" display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">16</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">27</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.5926</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for high <inline-formula><mml:math id="M53" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The reader is referred to Appendix A for details.</p>
      <p id="d2e1253">In the present paper, Glauert's work is amended first by finding a simple alternative solution based on calculus of variations and formally showing the behavior for low and high <inline-formula><mml:math id="M54" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and then by deriving corresponding exact integrals for thrust and bending moment coefficients, <inline-formula><mml:math id="M55" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M56" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<sec id="Ch1.S3.SS1">
  <label>3.1</label><title>A calculus of variations solution for <inline-formula><mml:math id="M57" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></title>
      <p id="d2e1308">A Lagrangian function, <inline-formula><mml:math id="M58" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, is defined as
            <disp-formula id="Ch1.E11" content-type="numbered"><label>11</label><mml:math id="M59" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M60" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the objective function from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E7"/>),  <inline-formula><mml:math id="M61" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the equality constraint from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E5"/>), and <inline-formula><mml:math id="M62" display="inline"><mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the Lagrange multiplier. To maximize <inline-formula><mml:math id="M63" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> under the equality constraint of <inline-formula><mml:math id="M64" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the stationary points of <inline-formula><mml:math id="M65" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> must be determined by setting all partial derivatives of <inline-formula><mml:math id="M66" display="inline"><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:math></inline-formula> with respect to <inline-formula><mml:math id="M67" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M68" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M69" display="inline"><mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi></mml:math></inline-formula> equal to 0. Those partial derivatives become

                <disp-formula specific-use="gather" content-type="numbered"><mml:math id="M70" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E12"><mml:mtd><mml:mtext>12</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E13"><mml:mtd><mml:mtext>13</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E14"><mml:mtd><mml:mtext>14</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e1802">The goal is to solve this system of equations for polynomials <inline-formula><mml:math id="M71" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M72" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This can be done multiple ways; however, a simple method involves equating <inline-formula><mml:math id="M73" display="inline"><mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi></mml:math></inline-formula> from Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E12"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E13"/>). The resulting expression is then substituted into the final partial derivative in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E14"/>). After some algebraic manipulation, a factored polynomial for <inline-formula><mml:math id="M74" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> reads
            <disp-formula id="Ch1.E15" content-type="numbered"><label>15</label><mml:math id="M75" display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">16</mml:mn><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where its factor of third order recovers Glauert's original polynomial from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E8"/>).</p>
      <p id="d2e1959">The same system of equations can be solved instead to compute a polynomial for <inline-formula><mml:math id="M76" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This time, <inline-formula><mml:math id="M77" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E12"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E13"/>) is equated, and the resulting expression for <inline-formula><mml:math id="M78" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> is then substituted into the partial derivative from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E14"/>). After some algebraic simplification, a third-order polynomial for <inline-formula><mml:math id="M79" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is obtained:
            <disp-formula id="Ch1.E16" content-type="numbered"><label>16</label><mml:math id="M80" display="block"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">16</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e2113">The relations presented in Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E15"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E16"/>) were computed by means of calculus of variations, a methodology different from Glauert's original approach. However, both approaches produce identical results for the optimum flow conditions. Note that a calculus of variations approach for lightly loaded propellers has been documented in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx2" id="text.13"/>.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS2">
  <label>3.2</label><title>Limiting case of <inline-formula><mml:math id="M81" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> &amp; <inline-formula><mml:math id="M82" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for low and high tip speed ratio</title>
      <p id="d2e2150">Next, it is of interest to determine the limiting case for <inline-formula><mml:math id="M83" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> as <inline-formula><mml:math id="M84" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> tends to both 0 and <inline-formula><mml:math id="M85" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:math></inline-formula>. As <inline-formula><mml:math id="M86" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E15"/>) becomes
            <disp-formula id="Ch1.E17" content-type="numbered"><label>17</label><mml:math id="M87" display="block"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">16</mml:mn><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          which has the trivial roots <inline-formula><mml:math id="M88" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Here, the physical solution of <inline-formula><mml:math id="M89" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is consistent with Glauert's original work. As for the upper limit of <inline-formula><mml:math id="M90" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E15"/>), the equation can be recast to obtain
            <disp-formula id="Ch1.E18" content-type="numbered"><label>18</label><mml:math id="M91" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where it becomes apparent that as the left-hand side of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E18"/>) tends to zero for <inline-formula><mml:math id="M92" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the right-hand side can only reconcile this for <inline-formula><mml:math id="M93" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This result is again consistent with Glauert's original solution. Alternatively, the factorization in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E17"/>) can be used to restate the third-order factor in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E15"/>) to obtain
            <disp-formula id="Ch1.E19" content-type="numbered"><label>19</label><mml:math id="M94" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          which concludes the same for <inline-formula><mml:math id="M95" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M96" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> and is in fact a relation used by Glauert in the exact integral for <inline-formula><mml:math id="M97" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (see Appendix A) and is used in Sect. 3 for the exact integrals of <inline-formula><mml:math id="M98" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M99" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For completeness, the limiting case for <inline-formula><mml:math id="M100" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as <inline-formula><mml:math id="M101" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> tends to both 0 and <inline-formula><mml:math id="M102" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> is also determined. Equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E16"/>) is rearranged to
            <disp-formula id="Ch1.E20" content-type="numbered"><label>20</label><mml:math id="M103" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e2621">For added wake rotation <inline-formula><mml:math id="M104" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the left-hand side of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E20"/>) tends to <inline-formula><mml:math id="M105" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math id="M106" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This can be reconciled on the right-hand side by <inline-formula><mml:math id="M107" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Likewise, as the limit of the left-hand side of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E20"/>) becomes 0 for <inline-formula><mml:math id="M108" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the right-hand side will only be satisfied with a physical solution of <inline-formula><mml:math id="M109" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Both behaviors are consistent with Glauert's solution (see Appendix A).</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS3">
  <label>3.3</label><title>Limiting case of <inline-formula><mml:math id="M110" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for low and high tip speed ratio</title>
      <p id="d2e2735">The limiting case of the <inline-formula><mml:math id="M111" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> integral for <inline-formula><mml:math id="M112" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is not easily shown and in fact was not explicitly stated in Glauert's original work. It is added here as part of the amendment. To better illustrate the behavior, the substitution <inline-formula><mml:math id="M113" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is used along with the practical relation from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E19"/>) at the integration bound <inline-formula><mml:math id="M114" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E10"/>) becomes
            <disp-formula id="Ch1.E21" content-type="numbered"><label>21</label><mml:math id="M115" display="block"><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">10.5082</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">64</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">72</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">124</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mn mathvariant="normal">38</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">63</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:mi>ln⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="1.5em">)</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e3071">It is evident that for <inline-formula><mml:math id="M116" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math id="M117" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, there exists a singularity for <inline-formula><mml:math id="M118" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Therefore, a limit for <inline-formula><mml:math id="M119" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as <inline-formula><mml:math id="M120" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, or as <inline-formula><mml:math id="M121" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, must be taken and results in the following:
            <disp-formula id="Ch1.E22" content-type="numbered"><label>22</label><mml:math id="M122" display="block"><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e3215">Since evaluating this limit results in the indeterminate form of <inline-formula><mml:math id="M123" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, the mathematical theorem known as L'Hôpital's rule can be applied to determine the true limit using derivatives:
            <disp-formula id="Ch1.E23" content-type="numbered"><label>23</label><mml:math id="M124" display="block"><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e3392">For ease of reference, the functions <inline-formula><mml:math id="M125" display="inline"><mml:mi>f</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M126" display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula> extracted from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E21"/>) are explicitly stated below:

                <disp-formula specific-use="gather" content-type="numbered"><mml:math id="M127" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E24"><mml:mtd><mml:mtext>24</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">10.5082</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">64</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">72</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">124</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mn mathvariant="normal">38</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">63</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:mi>ln⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E25"><mml:mtd><mml:mtext>25</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e3708">Applying the limit of <inline-formula><mml:math id="M128" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (or <inline-formula><mml:math id="M129" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) does result in the following:
            <disp-formula id="Ch1.E26" content-type="numbered"><label>26</label><mml:math id="M130" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">64</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">224</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">308</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">212</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">77</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e4000">Applying L'Hôpital's rule twice, however, proves the following:
            <disp-formula id="Ch1.E27" content-type="numbered"><label>27</label><mml:math id="M131" display="block"><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">96</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">192</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">600</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">742</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">467</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">159</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">28</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e4220">Thereby the intuitive result that <inline-formula><mml:math id="M132" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as <inline-formula><mml:math id="M133" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has been formally shown. Note that the high tip speed ratio limit of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E21"/>) for <inline-formula><mml:math id="M134" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (or <inline-formula><mml:math id="M135" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) is more readily shown with
            <disp-formula id="Ch1.E28" content-type="numbered"><label>28</label><mml:math id="M136" display="block"><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">16</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">27</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          which indeed recovers the known Betz limit. Next follows an additional amendment to Glauert's work by means of analytical derivations for thrust and bending moment coefficients, <inline-formula><mml:math id="M137" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M138" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, based on optimum <inline-formula><mml:math id="M139" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M140" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> distributions.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S4">
  <label>4</label><title>Exact integral of the thrust coefficient <inline-formula><mml:math id="M141" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> based on Glauert's optimum solution</title>
      <p id="d2e4470">The pressure jump, <inline-formula><mml:math id="M142" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, generates a rotor thrust, <inline-formula><mml:math id="M143" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, across the rotor disk in the axial direction. In differential form, this becomes <inline-formula><mml:math id="M144" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, using the definition of <inline-formula><mml:math id="M145" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E2"/>) and <inline-formula><mml:math id="M146" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. A dimensionless rotor thrust coefficient is then defined as
          <disp-formula id="Ch1.E29" content-type="numbered"><label>29</label><mml:math id="M147" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e4626">The incremental thrust coefficient, <inline-formula><mml:math id="M148" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, can be computed by dividing the incremental thrust, d<inline-formula><mml:math id="M149" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula>, by <inline-formula><mml:math id="M150" display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, resulting in the following expression for <inline-formula><mml:math id="M151" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:
          <disp-formula id="Ch1.E30" content-type="numbered"><label>30</label><mml:math id="M152" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e4734">Recall that the definition for local tip speed ratio is <inline-formula><mml:math id="M153" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Substituting the expression for non-dimensional blade radius, <inline-formula><mml:math id="M154" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, into Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E30"/>) leads to the final expression for d<inline-formula><mml:math id="M155" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:
          <disp-formula id="Ch1.E31" content-type="numbered"><label>31</label><mml:math id="M156" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e4834">To write <inline-formula><mml:math id="M157" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> exclusively in terms of <inline-formula><mml:math id="M158" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>, differentiating Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E19"/>) yields a relation for <inline-formula><mml:math id="M159" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with
          <disp-formula id="Ch1.E32" content-type="numbered"><label>32</label><mml:math id="M160" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e4949">such that an integral for <inline-formula><mml:math id="M161" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be written as
          <disp-formula id="Ch1.E33" content-type="numbered"><label>33</label><mml:math id="M162" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e5113">The same substitution as used by Glauert is carried through, where <inline-formula><mml:math id="M163" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, resulting in
          <disp-formula id="Ch1.E34" content-type="numbered"><label>34</label><mml:math id="M164" display="block"><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">243</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">243</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">16</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">28</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">20</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">25</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e5351">which can be easily integrated to yield the following:
          <disp-formula id="Ch1.E35" content-type="numbered"><label>35</label><mml:math id="M165" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">243</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">28</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">25</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>ln⁡</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e5484">To better understand the behavior of the <inline-formula><mml:math id="M166" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> integral, Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E35"/>) is rewritten again in terms of <inline-formula><mml:math id="M167" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The integration bounds <inline-formula><mml:math id="M168" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M169" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are substituted in as <inline-formula><mml:math id="M170" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M171" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively, where <inline-formula><mml:math id="M172" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that
          <disp-formula id="Ch1.E36" content-type="numbered"><label>36</label><mml:math id="M173" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">243</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">13.3272</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em">(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">28</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">25</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>ln⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="1.5em">)</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e5822">As <inline-formula><mml:math id="M174" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, or <inline-formula><mml:math id="M175" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, there exists a singularity and <inline-formula><mml:math id="M176" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is not defined (note: a similar behavior was found earlier for <inline-formula><mml:math id="M177" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>). Indeed the limit for <inline-formula><mml:math id="M178" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as <inline-formula><mml:math id="M179" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, or <inline-formula><mml:math id="M180" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, becomes
          <disp-formula id="Ch1.E37" content-type="numbered"><label>37</label><mml:math id="M181" display="block"><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e5970">Since evaluating this limit results in the indeterminate form of <inline-formula><mml:math id="M182" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, L'Hôpital's rule can be applied to determine the true limit. The theorem equates the following limits, where functions <inline-formula><mml:math id="M183" display="inline"><mml:mi>f</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M184" display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula> are differentiable:
          <disp-formula id="Ch1.E38" content-type="numbered"><label>38</label><mml:math id="M185" display="block"><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e6093">For ease of reference, the functions <inline-formula><mml:math id="M186" display="inline"><mml:mi>f</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M187" display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula> extracted from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E36"/>) are explicitly stated below:

              <disp-formula specific-use="gather" content-type="numbered"><mml:math id="M188" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E39"><mml:mtd><mml:mtext>39</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">243</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">13.3272</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em">(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">28</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">25</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>ln⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="1.5em">)</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E40"><mml:mtd><mml:mtext>40</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e6373">Applying L'Hôpital's rule once results in the following as <inline-formula><mml:math id="M189" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> approaches <inline-formula><mml:math id="M190" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>:
          <disp-formula id="Ch1.E41" content-type="numbered"><label>41</label><mml:math id="M191" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">16</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">36</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">28</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e6638">It is valid to apply L'Hôpital's rule a second time, as functions <inline-formula><mml:math id="M192" display="inline"><mml:mi>f</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M193" display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula> are differentiable. This yields
          <disp-formula id="Ch1.E42" content-type="numbered"><label>42</label><mml:math id="M194" display="block"><mml:mrow><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">80</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">144</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">84</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">18</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        where it is interesting to note that the thrust coefficient, <inline-formula><mml:math id="M195" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, converges to 0.75 as <inline-formula><mml:math id="M196" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Though seemingly a surprising result at first, it will be reconciled with actuator disk theory in a later section.</p>
      <p id="d2e6853">Note again that the high tip speed ratio limit of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E36"/>) for <inline-formula><mml:math id="M197" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (or <inline-formula><mml:math id="M198" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) is more readily shown with
          <disp-formula id="Ch1.E43" content-type="numbered"><label>43</label><mml:math id="M199" display="block"><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">243</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        which is also fully consistent with actuator disk theory, as will be shown further below.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S5">
  <label>5</label><title>Exact integral of the bending moment coefficient <inline-formula><mml:math id="M200" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> based on Glauert's optimum solution</title>
      <p id="d2e7014">The bending moment, Be, is an important structural parameter when assessing the loading of wind turbine blades. A dimensionless bending moment coefficient is defined as
          <disp-formula id="Ch1.E44" content-type="numbered"><label>44</label><mml:math id="M201" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e7055">In differential form, dBe is essentially the product of thrust d<inline-formula><mml:math id="M202" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and lever arm <inline-formula><mml:math id="M203" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> of the local annulus such that
          <disp-formula id="Ch1.E45" content-type="numbered"><label>45</label><mml:math id="M204" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
        where Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E31"/>) was used. The exact integral for the total bending moment coefficient, <inline-formula><mml:math id="M205" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, is hence defined as
          <disp-formula id="Ch1.E46" content-type="numbered"><label>46</label><mml:math id="M206" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:munderover><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e7297">Substituting a combination of Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E19"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E32"/>) yields
          <disp-formula id="Ch1.E47" content-type="numbered"><label>47</label><mml:math id="M207" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e7417">Once more, the integration substitution is performed, where <inline-formula><mml:math id="M208" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, so that <inline-formula><mml:math id="M209" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be solved analytically to
          <disp-formula id="Ch1.E48" content-type="numbered"><label>48</label><mml:math id="M210" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">243</mml:mn><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">27</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mtable class="substack"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">243</mml:mn><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">27</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn><mml:mi>ln⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mtable class="substack"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">192</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">408</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">532</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">890</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">585</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">260</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">20</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e7822">To better understand the behavior of the <inline-formula><mml:math id="M211" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> function, Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E48"/>) is rewritten solely in terms of <inline-formula><mml:math id="M212" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>. This means substituting <inline-formula><mml:math id="M213" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the denominator by raising Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E19"/>), which is evaluated at the integration bound <inline-formula><mml:math id="M214" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, to the power <inline-formula><mml:math id="M215" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> such that
          <disp-formula id="Ch1.E49" content-type="numbered"><label>49</label><mml:math id="M216" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e7975">The values for <inline-formula><mml:math id="M217" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M218" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are substituted in as well, being <inline-formula><mml:math id="M219" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M220" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively, where <inline-formula><mml:math id="M221" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is simply <inline-formula><mml:math id="M222" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that
          <disp-formula id="Ch1.E50" content-type="numbered"><label>50</label><mml:math id="M223" display="block"><mml:mrow><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">243</mml:mn><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">27</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.5457</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn><mml:mi>ln⁡</mml:mi><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mtable class="substack"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">192</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">408</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">532</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">890</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">585</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">260</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">20</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="1.5em">)</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e8520">As <inline-formula><mml:math id="M224" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (or <inline-formula><mml:math id="M225" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), the bending moment coefficient, <inline-formula><mml:math id="M226" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, yields the following indeterminate form:
          <disp-formula id="Ch1.E51" content-type="numbered"><label>51</label><mml:math id="M227" display="block"><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e8631">For ease of reference, the functions <inline-formula><mml:math id="M228" display="inline"><mml:mi>f</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M229" display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula> extracted from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E50"/>) are explicitly stated below:

              <disp-formula specific-use="gather" content-type="numbered"><mml:math id="M230" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E52"><mml:mtd><mml:mtext>52</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">243</mml:mn><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">27</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.5457</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em">(</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn><mml:mi>ln⁡</mml:mi><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mtable class="substack"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">192</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">408</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">532</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">890</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">585</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">260</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">20</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="1.5em">)</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E53"><mml:mtd><mml:mtext>53</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e9140">Using L'Hôpital's rule once leads to the indeterminate form of <inline-formula><mml:math id="M231" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> with

              <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M232" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mtable class="substack"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">3359232</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">11757312</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">16166304</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">11127456</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4041576</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">734832</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">52488</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          and
          <disp-formula id="Ch1.E54" content-type="numbered"><label>54</label><mml:math id="M233" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e9501">Applying L'Hôpital's rule a second time still results in the indeterminate form of <inline-formula><mml:math id="M234" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> as

              <disp-formula specific-use="align"><mml:math id="M235" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mtable class="substack"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">120932352</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">519001344</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">925888320</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">893765664</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">509553504</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">175414896</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">35429400</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3779136</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">157464</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3456</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">7776</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6624</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2736</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">558</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">45</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          and
          <disp-formula id="Ch1.E55" content-type="numbered"><label>55</label><mml:math id="M236" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e9913">Differentiating functions <inline-formula><mml:math id="M237" display="inline"><mml:mi>f</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M238" display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula> a third time results in a definite value for the limiting case of <inline-formula><mml:math id="M239" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with

              <disp-formula specific-use="gather" content-type="numbered"><mml:math id="M240" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E56"><mml:mtd><mml:mtext>56</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mtable class="substack"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">3265173504</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">16597965312</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">36147435840</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">44231007744</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">33530384160</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">16363658880</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5158048248</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1017532368</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">114791256</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5668704</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E57"><mml:mtd><mml:mtext>57</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mtable class="substack"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">10368</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">31104</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">36288</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">21312</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6642</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1026</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">63</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          and
          <disp-formula id="Ch1.E58" content-type="numbered"><label>58</label><mml:math id="M241" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e10364">Note again that the high tip speed ratio limit of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E50"/>) for <inline-formula><mml:math id="M242" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is more readily shown with
          <disp-formula id="Ch1.E59" content-type="numbered"><label>59</label><mml:math id="M243" display="block"><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">243</mml:mn><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">27</mml:mn><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">16</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">27</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e10534">For the high <inline-formula><mml:math id="M244" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> limit, the value of <inline-formula><mml:math id="M245" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> approaches <inline-formula><mml:math id="M246" display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">16</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">27</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.5926</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Here it is interesting to note that both <inline-formula><mml:math id="M247" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M248" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> tend to the Betz limit as <inline-formula><mml:math id="M249" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which is reconciled in the next section.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S6">
  <label>6</label><title>Summary of coefficients derived from Glauert's optimum model</title>
      <p id="d2e10625">Figure <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/> shows the three coefficients of interest, <inline-formula><mml:math id="M250" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M251" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M252" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and their tabulated values over a range of design tip speed ratios between 0 and 10. Note that Glauert's original work showed exclusively <inline-formula><mml:math id="M253" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> based on optimum flow conditions. Exact analytical solutions for <inline-formula><mml:math id="M254" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M255" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, on the other hand, constitute an amendment to Glauert's original work.</p>

      <fig id="Ch1.F1"><label>Figure 1</label><caption><p id="d2e10707">Power <inline-formula><mml:math id="M256" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, thrust <inline-formula><mml:math id="M257" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and bending moment <inline-formula><mml:math id="M258" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> coefficients as functions of tip speed ratio, <inline-formula><mml:math id="M259" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, for optimal <inline-formula><mml:math id="M260" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M261" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> distributions.</p></caption>
        <graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/10/451/2025/wes-10-451-2025-f01.png"/>

      </fig>

      <p id="d2e10779">Beginning with the high tip speed ratio limit of <inline-formula><mml:math id="M262" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, both power and bending moment coefficients, <inline-formula><mml:math id="M263" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M264" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, converge to the Betz limit <inline-formula><mml:math id="M265" display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">16</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">27</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.5926</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This may at first seem surprising for <inline-formula><mml:math id="M266" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>; however, it is a direct consequence of the respective limit for the thrust coefficient, <inline-formula><mml:math id="M267" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In fact, <inline-formula><mml:math id="M268" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math id="M269" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which describes the limit of actuator disk theory with <inline-formula><mml:math id="M270" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the optimum <inline-formula><mml:math id="M271" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In addition, one consequence of a constant pressure jump, <inline-formula><mml:math id="M272" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, across the rotor disk is a linear thrust distribution d<inline-formula><mml:math id="M273" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, whose center of pressure is known to be at <inline-formula><mml:math id="M274" display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. From this simple thought experiment, it is indeed understood that <inline-formula><mml:math id="M275" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">16</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">27</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Betz limit) for <inline-formula><mml:math id="M276" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d2e11042">For the low tip speed ratio limit of <inline-formula><mml:math id="M277" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, it is known that <inline-formula><mml:math id="M278" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>; however, it has been formally proven for the first time as part of this amendment using L'Hôpital's theorem. On the other hand, thrust and bending moment coefficients, <inline-formula><mml:math id="M279" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M280" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, tend towards non-zero values. The thrust coefficient, <inline-formula><mml:math id="M281" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, remains consistent with a non-rotating actuator disk such that <inline-formula><mml:math id="M282" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math id="M283" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The center of pressure stays at <inline-formula><mml:math id="M284" display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the limit such that <inline-formula><mml:math id="M285" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, all of which is consistent with Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/> and the limit of actuator disk theory. Note, however, that for rotor disk theory where <inline-formula><mml:math id="M286" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the ratio <inline-formula><mml:math id="M287" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, though not exactly, as <inline-formula><mml:math id="M288" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>≠</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> constant in Glauert's solution (see Fig. <xref ref-type="fig" rid="App1.Ch1.S1.F2"/>).</p>
<sec id="Ch1.S6.SS1">
  <label>6.1</label><title>Validity of classical Glauert theory</title>
      <p id="d2e11285">In his approach, Glauert assumed the pressure in the wake to be approximately equal to the freestream pressure and the azimuthal velocity in the wake to be approximately equal to the azimuthal velocity immediately behind the rotor plane <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx15" id="paren.14"/>. The first assumption has been questioned by others <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx4" id="paren.15"/> due to the pressure gradient required to maintain swirl. Generally, areas of improvement have been identified within Glauert's work for low tip speed ratio that include refinement of the blade model, swirl effects, tip correction, the optimization routine, and considerations for atmospheric and rotor conditions <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx16" id="paren.16"/>. In this context, the greatest variation among different aerodynamic rotor models is present within the optimum flow conditions, <inline-formula><mml:math id="M289" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M290" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, for low tip speed ratio (<inline-formula><mml:math id="M291" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>). For example, <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx19" id="text.17"/> investigated the optimal performance of actuator disk models for horizontal-axis turbines. By implementing thrust from the Kutta–Joukowski equation, dependence on pressure within the wake is avoided. Their results highlighted that optimal performance at low <inline-formula><mml:math id="M292" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> is constrained as a measure to avoid recirculation in the wake – something that was not captured in Glauert's theory. While apparent effects on <inline-formula><mml:math id="M293" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are small at low tip speed ratio, the thrust coefficient <inline-formula><mml:math id="M294" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the limit <inline-formula><mml:math id="M295" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> computed by <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx19" id="text.18"/> is less than half compared to the computed value of 0.75 in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/>. At <inline-formula><mml:math id="M296" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, however, <inline-formula><mml:math id="M297" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx19" id="text.19"/> equals 0.738 compared to 0.8458 in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/>, and <inline-formula><mml:math id="M298" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is 0.4381 compared to 0.4155 in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/>. Overall, results obtained using Glauert's theory are impressive given the inherent assumptions.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S7" sec-type="conclusions">
  <label>7</label><title>Concluding remark</title>
      <p id="d2e11456">This work derived several amendments to Glauert's original optimum rotor disk solution. First, an alternative approach by means of calculus of variations was pursued to solve the underlying classical objective function for <inline-formula><mml:math id="M299" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in wind turbine aerodynamics. Second, Glauert's optimum rotor disk solution was used to derive exact solutions for the thrust and bending moment coefficients, <inline-formula><mml:math id="M300" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M301" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Here, L'Hôpital's theorem was employed to determine the convergence behavior of all three coefficients for <inline-formula><mml:math id="M302" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, while the high tip speed ratio limit of <inline-formula><mml:math id="M303" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> was more readily shown. Some surprising results included that both power and bending moment coefficients, <inline-formula><mml:math id="M304" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M305" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, approach the Betz limit for <inline-formula><mml:math id="M306" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and that thrust and bending moment coefficients, <inline-formula><mml:math id="M307" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M308" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Be</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, have non-zero values for <inline-formula><mml:math id="M309" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Using a simple thought experiment, it was shown that all observations are indeed consistent with the limit of a uniformly loaded (constant pressure jump) rotor disk, whose validity holds for tip speed ratios typical of modern utility-scale wind turbines but has, due to its inherent assumptions, limited validity at very low tip speed ratio as discussed. Nevertheless, this work presents an interesting addendum to one of the pioneering works in wind turbine aerodynamics.</p>
</sec>

      
      </body>
    <back><app-group>

<app id="App1.Ch1.S1">
  <label>Appendix A</label><title>Glauert's original <inline-formula><mml:math id="M310" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> derivation</title>
      <p id="d2e11620">The following analysis is adjusted from Glauert's original derivation <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx5" id="paren.20"/> and consistent with other versions published in various textbooks <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx3 bib1.bibx7 bib1.bibx10 bib1.bibx12 bib1.bibx15 bib1.bibx17 bib1.bibx18 bib1.bibx13" id="paren.21"/>. The function to be optimized is
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E60" content-type="numbered"><label>A1</label><mml:math id="M311" display="block"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e11669">To determine the maximum of <inline-formula><mml:math id="M312" display="inline"><mml:mi>f</mml:mi></mml:math></inline-formula>, one must differentiate both sides of the objective function <inline-formula><mml:math id="M313" display="inline"><mml:mi>f</mml:mi></mml:math></inline-formula> with respect to the axial induction factor, <inline-formula><mml:math id="M314" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The result is equated to 0 in order to find the appropriate stationary point, as shown:
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E61" content-type="numbered"><label>A2</label><mml:math id="M315" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e11751">Rearranging the equation above yields a new condition which must be satisfied at maximum <inline-formula><mml:math id="M316" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E62" content-type="numbered"><label>A3</label><mml:math id="M317" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e11805">Now, a second look is taken at the pressure relation from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E5"/>) which was known to Glauert. A derivative with respect to <inline-formula><mml:math id="M318" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> is taken on the left- and right-hand sides of the equation, resulting in the following:
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E63" content-type="numbered"><label>A4</label><mml:math id="M319" display="block"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e11872">The right-hand side of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E5"/>) is substituted in for the <inline-formula><mml:math id="M320" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> term, and the right-hand side of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E62"/>) is substituted in for the differential term above, simplifying to the following:
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E64" content-type="numbered"><label>A5</label><mml:math id="M321" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e11938">Upon algebraic rearranging of this intermediate step in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E64"/>), the optimum relationship between <inline-formula><mml:math id="M322" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M323" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is revealed:
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E65" content-type="numbered"><label>A6</label><mml:math id="M324" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e11995">This solution for <inline-formula><mml:math id="M325" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be substituted into the pressure relation from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E5"/>) to obtain a relationship between <inline-formula><mml:math id="M326" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M327" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>:
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E66" content-type="numbered"><label>A7</label><mml:math id="M328" display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e12082">Equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E66"/>) is then rearranged into a third-degree polynomial representing the optimal axial induction factors across the rotor disk as a function of local tip speed ratio, <inline-formula><mml:math id="M329" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, as shown below:
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E67" content-type="numbered"><label>A8</label><mml:math id="M330" display="block"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">16</mml:mn><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        A Newton–Raphson algorithm is employed to iteratively solve Glauert's third-order polynomial, with
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E68" content-type="numbered"><label>A9</label><mml:math id="M331" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e12220">The resulting optimum function <inline-formula><mml:math id="M332" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has been tabulated and plotted in Fig. <xref ref-type="fig" rid="App1.Ch1.S1.F2"/> for <inline-formula><mml:math id="M333" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ranging from 0 to 10. A formal proof of <inline-formula><mml:math id="M334" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> exhibiting a maximum, i.e. via <inline-formula><mml:math id="M335" display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, has only been shown recently <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx13" id="paren.22"/>.</p>

      <fig id="App1.Ch1.S1.F2"><label>Figure A1</label><caption><p id="d2e12299">Glauert's theoretical solutions for optimum axial and angular induction factors, <inline-formula><mml:math id="M336" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M337" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively, as a function of local tip speed ratio, <inline-formula><mml:math id="M338" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
        <graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/10/451/2025/wes-10-451-2025-f02.png"/>

      </fig>

      <p id="d2e12337">With optimum flow conditions known for <inline-formula><mml:math id="M339" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M340" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as a function of <inline-formula><mml:math id="M341" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, Glauert was able to determine the exact solution for <inline-formula><mml:math id="M342" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Returning to Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E6"/>), there is a <inline-formula><mml:math id="M343" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> term that must be addressed in order to fully solve <inline-formula><mml:math id="M344" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in terms of <inline-formula><mml:math id="M345" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The approach taken by Glauert involved taking a second look at Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E66"/>). Upon differentiating both sides of this equation, a new expression for <inline-formula><mml:math id="M346" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is found, relating d<inline-formula><mml:math id="M347" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and d<inline-formula><mml:math id="M348" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> such that
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E69" content-type="numbered"><label>A10</label><mml:math id="M349" display="block"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e12546">The <inline-formula><mml:math id="M350" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> term of interest can then be broken into a <inline-formula><mml:math id="M351" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M352" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> term, for which Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E66"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E69"/>) can be substituted in. Now, the integral for the maximum power coefficient, <inline-formula><mml:math id="M353" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, can be defined  by just one unknown, i.e. <inline-formula><mml:math id="M354" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>, as shown below:
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E70" content-type="numbered"><label>A11</label><mml:math id="M355" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e12804">Note that the limits of integration have been modified to account for the variable substitution from <inline-formula><mml:math id="M356" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math id="M357" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The value of the lower bound, <inline-formula><mml:math id="M358" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, can be calculated by setting <inline-formula><mml:math id="M359" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> equal to 0 in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E67"/>) and solving for <inline-formula><mml:math id="M360" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math id="M361" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>; the upper bound, <inline-formula><mml:math id="M362" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, is the solution to Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E67"/>) for a variable input of <inline-formula><mml:math id="M363" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Through integration by substitution, a new variable <inline-formula><mml:math id="M364" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is introduced to allow solving for <inline-formula><mml:math id="M365" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The exact integral can now be expressed in terms of only <inline-formula><mml:math id="M366" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>.
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E71" content-type="numbered"><label>A12</label><mml:math id="M367" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">729</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e13044">Here the integration bounds must be adjusted to account for the substitution from <inline-formula><mml:math id="M368" display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> into terms of <inline-formula><mml:math id="M369" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math id="M370" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M371" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Expanding the integrand and switching the integration bounds to avoid representing the exact integral as a negative expression yields the following:
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E72" content-type="numbered"><label>A13</label><mml:math id="M372" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">64</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">288</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">372</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">76</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">63</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e13238">Integration of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E72"/>) results in
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E73" content-type="numbered"><label>A14</label><mml:math id="M373" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mo mathsize="2.0em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mo mathsize="2.0em">)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo mathsize="2.0em">[</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">64</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">72</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">124</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">38</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">63</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:mi>ln⁡</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mo mathsize="2.0em">]</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e13395">These results for <inline-formula><mml:math id="M374" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, representing Glauert's optimum model, are plotted over a range of tip speed ratio, <inline-formula><mml:math id="M375" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, as a solid line in Fig. <xref ref-type="fig" rid="App1.Ch1.S1.F3"/>.</p>

      <fig id="App1.Ch1.S1.F3"><label>Figure A2</label><caption><p id="d2e13424">Maximum power coefficient, <inline-formula><mml:math id="M376" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, for Glauert's actuator disk model and Betz's theoretical limit.</p></caption>
        <graphic xlink:href="https://wes.copernicus.org/articles/10/451/2025/wes-10-451-2025-f03.png"/>

      </fig>

      <p id="d2e13444">The dotted horizontal line represents the theoretical Betz limit at <inline-formula><mml:math id="M377" display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">16</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">27</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.5926</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> A more compact form of Glauert's solution can be found in Durand's review <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx5" id="paren.23"/> and other texts.</p>
</app>
  </app-group><notes notes-type="dataavailability"><title>Data availability</title>

      <p id="d2e13472">The data can be provided on request by contacting the authors.</p>
  </notes><notes notes-type="authorcontribution"><title>Author contributions</title>

      <p id="d2e13478">DT performed all derivations and wrote the paper. SS advised on derivations and edited the paper.</p>
  </notes><notes notes-type="competinginterests"><title>Competing interests</title>

      <p id="d2e13484">The contact author has declared that neither of the authors has any competing interests.</p>
  </notes><notes notes-type="disclaimer"><title>Disclaimer</title>

      <p id="d2e13490">Publisher’s note: Copernicus Publications remains neutral with regard to jurisdictional claims made in the text, published maps, institutional affiliations, or any other geographical representation in this paper. While Copernicus Publications makes every effort to include appropriate place names, the final responsibility lies with the authors.</p>
  </notes><ack><title>Acknowledgements</title><p id="d2e13497">The authors want to thank the Department of Aerospace Engineering at The Pennsylvania State University for awarding part of this work the Wolk Thesis Award for best research conducted by a senior undergraduate student.</p></ack><notes notes-type="reviewstatement"><title>Review statement</title>

      <p id="d2e13502">This paper was edited by Jens Nørkær Sørensen and reviewed by two anonymous referees.</p>
  </notes><ref-list>
    <title>References</title>

      <ref id="bib1.bibx1"><label>Betz(1919)</label><mixed-citation> Betz, A.: Schraubenpropeller mit geringstem Energieverlust, Göttinger Nachrichten, 1919.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx2"><label>Breslin and Andersen(1994)</label><mixed-citation> Breslin, J. P. and Andersen, P.: Hydrodynamics of Ship Propellers, Cambridge University Press, ISBN 0-521-41360-5, 1994.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx3"><label>Burton et al.(2011)Burton, Sharpe, Jenkins, and Bossanyi</label><mixed-citation>Burton, T., Sharpe, D., Jenkins, N., and Bossanyi, E.: Wind Energy Handbook, John Wiley &amp; Sons, Chichester, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/9781119992714" ext-link-type="DOI">10.1002/9781119992714</ext-link>, 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx4"><label>de Vries(1979)</label><mixed-citation> de Vries, O.: Fluid Dynamic Aspects of Wind Energy Conversion, Advisory Group for Aerospace Research and Development, AGARD-AG-243, Amsterdam, ISBN 92-835-1326-6, 1979.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx5"><label>Glauert(1935)</label><mixed-citation>Glauert, H.: Airplane Propellers, in: Aerodynamic Theory, edited by Durand, W., Springer, Berlin, Heidelberg, Farnborough, England, 169–360, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1007/978-3-642-91487-4_3" ext-link-type="DOI">10.1007/978-3-642-91487-4_3</ext-link>, 1935.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx6"><label>Goldstein(1929)</label><mixed-citation>Goldstein, S.: On the vortex theory of screw propellers, Royal Society Proceedings (A), 123, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1098/rspa.1929.0078" ext-link-type="DOI">10.1098/rspa.1929.0078</ext-link>, 1929.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx7"><label>Hansen(2008)</label><mixed-citation> Hansen, M. O. L.: Aerodynamics of Wind Turbines, Earthscan, London,  ISBN 978-1-84407-438-9, 2008.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx8"><label>Joukowski(1918)</label><mixed-citation> Joukowski, N.: Travaux du Bureau des Calculs et Essais Aéronautiques de l’Ecole Superièure Technique Moscou, 1918.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx9"><label>Lanchester(1915)</label><mixed-citation>Lanchester, F.: A contribution to the theory of propulsion and the screw propeller, Transactions of the Institution of Naval Architects, 57, 509–510, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1111/j.1559-3584.1915.tb00408.x" ext-link-type="DOI">10.1111/j.1559-3584.1915.tb00408.x</ext-link>, 1915.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx10"><label>Manwell et al.(2009)Manwell, McGowan, and Rogers</label><mixed-citation>Manwell, J. F., McGowan, J. G., and Rogers, A. L.: Wind Energy Explained, John Wiley &amp; Sons, Chichester, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/9781119994367" ext-link-type="DOI">10.1002/9781119994367</ext-link>, 2009.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx11"><label>Okulov and van Kuik(2012)</label><mixed-citation> Okulov, V. L. and van Kuik, G. A. M.: The Betz-Joukowsky limit: on the contribution to rotor aerodynamics by the British, German and Russian scientific schools, Wind Energy, 15, 203–347, 2012.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx12"><label>Schaffarczyk(2014)</label><mixed-citation>Schaffarczyk, A. P.: Introduction to Wind Turbine Aerodynamics, Springer, Berlin, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1007/978-3-642-36409-9" ext-link-type="DOI">10.1007/978-3-642-36409-9</ext-link>, 2014. </mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx13"><label>Schmitz(2019)</label><mixed-citation> Schmitz, S.: Aerodynamics of Wind Turbines: A Physical Basis for Analysis and Design, John Wiley &amp; Sons, Chichester, ISBN 978-1-119-40564-1, 2019.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx14"><label>Sharpe(2004)</label><mixed-citation> Sharpe, D. J.: A General Momentum Theory Applied to an Energy-Extracting Actuator Disk, Wind Energy, 7, 177–188, 2004.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx15"><label>Sørensen(2016)</label><mixed-citation>Sørensen, J. N.: General Momentum Theory for Horizontal Axis Wind Turbines, Springer International Publishing, Switzerland, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1007/978-3-319-22114-4" ext-link-type="DOI">10.1007/978-3-319-22114-4</ext-link>, 2016.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx16"><label>van Kuik(2018)</label><mixed-citation> van Kuik, G.: The Fluid Dynamics Basis for Actuator Disc and Rotor Theories, IOS Press BV, ISBN 978-1-61499-865-5, 2018.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx17"><label>Wilson et al.(1976)Wilson, Lissaman, and Walker</label><mixed-citation>Wilson, R. E., Lissaman, P. B. S., and Walker, S. N.: Aerodynamic Performance of Wind Turbines, Oregon State University, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.2172/7315651" ext-link-type="DOI">10.2172/7315651</ext-link>, 1976.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx18"><label>Wood(2011)</label><mixed-citation>Wood, D.: Small Wind Turbines – Analysis, Design, and Application, Springer, Berlin, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1007/978-1-84996-175-2" ext-link-type="DOI">10.1007/978-1-84996-175-2</ext-link>, 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx19"><label>Wood and Hammam(2022)</label><mixed-citation>Wood, D. H. and Hammam, M. M.: Optimal Performance of Actuator Disc Models for Horizontal-Axis Turbines, Frontiers in Energy Research, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.3389/fenrg.2022.971177" ext-link-type="DOI">10.3389/fenrg.2022.971177</ext-link>, 2022.</mixed-citation></ref>

  </ref-list></back>
    <!--<article-title-html>Glauert's optimum rotor disk revisited – a calculus of variations solution and exact integrals for thrust and bending moment coefficients</article-title-html>
<abstract-html/>
<ref-html id="bib1.bib1"><label>Betz(1919)</label><mixed-citation>
      
Betz, A.: Schraubenpropeller mit geringstem Energieverlust, Göttinger
Nachrichten, 1919.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib2"><label>Breslin and Andersen(1994)</label><mixed-citation>
      
Breslin, J. P. and Andersen, P.: Hydrodynamics of Ship Propellers, Cambridge
University Press, ISBN 0-521-41360-5, 1994.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib3"><label>Burton et al.(2011)Burton, Sharpe, Jenkins, and Bossanyi</label><mixed-citation>
      
Burton, T., Sharpe, D., Jenkins, N., and Bossanyi, E.: Wind Energy Handbook,
John Wiley &amp; Sons, Chichester, <a href="https://doi.org/10.1002/9781119992714" target="_blank">https://doi.org/10.1002/9781119992714</a>, 2011.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib4"><label>de Vries(1979)</label><mixed-citation>
      
de Vries, O.: Fluid Dynamic Aspects of Wind Energy Conversion, Advisory Group
for Aerospace Research and Development, AGARD-AG-243, Amsterdam, ISBN 92-835-1326-6, 1979.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib5"><label>Glauert(1935)</label><mixed-citation>
      
Glauert, H.: Airplane Propellers, in: Aerodynamic Theory, edited by Durand, W.,
Springer, Berlin, Heidelberg, Farnborough, England, 169–360, <a href="https://doi.org/10.1007/978-3-642-91487-4_3" target="_blank">https://doi.org/10.1007/978-3-642-91487-4_3</a>, 1935.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib6"><label>Goldstein(1929)</label><mixed-citation>
      
Goldstein, S.: On the vortex theory of screw propellers, Royal Society
Proceedings (A), 123, <a href="https://doi.org/10.1098/rspa.1929.0078" target="_blank">https://doi.org/10.1098/rspa.1929.0078</a>, 1929.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib7"><label>Hansen(2008)</label><mixed-citation>
      
Hansen, M. O. L.: Aerodynamics of Wind Turbines, Earthscan, London,  ISBN 978-1-84407-438-9, 2008.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib8"><label>Joukowski(1918)</label><mixed-citation>
      
Joukowski, N.: Travaux du Bureau des Calculs et Essais Aéronautiques de
l’Ecole Superièure Technique Moscou, 1918.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib9"><label>Lanchester(1915)</label><mixed-citation>
      
Lanchester, F.: A contribution to the theory of propulsion and the screw
propeller, Transactions of the Institution of Naval Architects, 57, 509–510, <a href="https://doi.org/10.1111/j.1559-3584.1915.tb00408.x" target="_blank">https://doi.org/10.1111/j.1559-3584.1915.tb00408.x</a>, 1915.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib10"><label>Manwell et al.(2009)Manwell, McGowan, and Rogers</label><mixed-citation>
      
Manwell, J. F., McGowan, J. G., and Rogers, A. L.: Wind Energy Explained, John
Wiley &amp; Sons, Chichester, <a href="https://doi.org/10.1002/9781119994367" target="_blank">https://doi.org/10.1002/9781119994367</a>, 2009.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib11"><label>Okulov and van Kuik(2012)</label><mixed-citation>
      
Okulov, V. L. and van Kuik, G. A. M.: The Betz-Joukowsky limit: on the
contribution to rotor aerodynamics by the British, German and Russian
scientific schools, Wind Energy, 15, 203–347, 2012.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib12"><label>Schaffarczyk(2014)</label><mixed-citation>
      
Schaffarczyk, A. P.: Introduction to Wind Turbine Aerodynamics, Springer,
Berlin, <a href="https://doi.org/10.1007/978-3-642-36409-9" target="_blank">https://doi.org/10.1007/978-3-642-36409-9</a>, 2014.


    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib13"><label>Schmitz(2019)</label><mixed-citation>
      
Schmitz, S.: Aerodynamics of Wind Turbines: A Physical Basis for Analysis and
Design, John Wiley &amp; Sons, Chichester, ISBN 978-1-119-40564-1, 2019.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib14"><label>Sharpe(2004)</label><mixed-citation>
      
Sharpe, D. J.: A General Momentum Theory Applied to an Energy-Extracting
Actuator Disk, Wind Energy, 7, 177–188, 2004.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib15"><label>Sørensen(2016)</label><mixed-citation>
      
Sørensen, J. N.: General Momentum Theory for Horizontal Axis Wind Turbines,
Springer International Publishing, Switzerland, <a href="https://doi.org/10.1007/978-3-319-22114-4" target="_blank">https://doi.org/10.1007/978-3-319-22114-4</a>, 2016.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib16"><label>van Kuik(2018)</label><mixed-citation>
      
van Kuik, G.: The Fluid Dynamics Basis for Actuator Disc and Rotor Theories,
IOS Press BV, ISBN 978-1-61499-865-5, 2018.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib17"><label>Wilson et al.(1976)Wilson, Lissaman, and Walker</label><mixed-citation>
      
Wilson, R. E., Lissaman, P. B. S., and Walker, S. N.: Aerodynamic Performance
of Wind Turbines, Oregon State University, <a href="https://doi.org/10.2172/7315651" target="_blank">https://doi.org/10.2172/7315651</a>, 1976.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib18"><label>Wood(2011)</label><mixed-citation>
      
Wood, D.: Small Wind Turbines – Analysis, Design, and Application, Springer,
Berlin, <a href="https://doi.org/10.1007/978-1-84996-175-2" target="_blank">https://doi.org/10.1007/978-1-84996-175-2</a>, 2011.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib19"><label>Wood and Hammam(2022)</label><mixed-citation>
      
Wood, D. H. and Hammam, M. M.: Optimal Performance of Actuator Disc Models for
Horizontal-Axis Turbines, Frontiers in Energy Research, <a href="https://doi.org/10.3389/fenrg.2022.971177" target="_blank">https://doi.org/10.3389/fenrg.2022.971177</a>, 2022.

    </mixed-citation></ref-html>--></article>
