空间几何体表面积和体积计算(三)推导球体、台体的表面积和体积公式
1 现在来推导台体表面积、体积公式。我们以圆台为例:因为不同台体的底面和侧面会各有变化,所以没有统一的公式可供记忆,只需根据实际情况进行相应的计算即可。台体实际上是由锥体截取而成,我们先把台体补全为一个锥体,这样台体的体积就等于大圆锥体积减去小圆锥体积,如上图:我们利用相似三角形,把小圆锥的高度用已知的台体高度来表示:多项式整理是个细致的活,不能着急,耐心点就成。采用同样的方法,棱台的体积也符合上述公式,所以我们可以得出结论:我们依旧用一点微积分的知识,来推导球体的体积公式,这种方法比祖堩原理推导起来更为线性,也就是说好理解,路子是现成的,容易走,这个过程中不需要那种只有聪明人才能想出来的技巧。如果把半球体从上往下切成n个薄片儿,只要n足够大,每一个薄片都可以近似地看成一个圆柱体,如上图。这个小r可以采用勾股定理用球体的半径以及薄片所在的位置表示出来,比如我们可以写出从上往下数第m片的半径:现在我们只需要把这些小圆柱的体积加起来,然后让n 趋于无穷大,就可以得到这个上半球的体积:同样的思想,我们可以在球表面用纵横切割的办法,将球体切割成n份;因为足够小,在球表面上的每一份,都可以看成一个小的平面。如果以这个小的平面为底,以球的半径为高,就可以得到一个底面积为S,高度为R的棱锥,它的体积可以写成:只要n足够大,我们把这些小的棱锥加起来,它们的体积就和球的体积相同:总得来说,采用这种极限分割,然后求和、求极限的方式,推导球的体积和表面积公式,思路较为清晰、流畅,用不到什么技巧,按部就班地去做就行了。这其实才是数学发展的根本目的,用稳定、成熟、可知的步骤,去解决看起来很麻烦的实际问题,不用费脑筋去想什么技巧。
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