圓臺體積公式是怎么推導(dǎo)出來的
來源 :華課網(wǎng)校 2024-06-23 02:21:23
中圓臺是指由一個圓錐截去一部分后得到的幾何體,它的體積公式為:
V = (1/3)πh(R2+Rr+r2)
其中,R為圓錐底面半徑,r為圓臺底面半徑,h為圓臺高度。
下面,我們來推導(dǎo)一下這個公式。
首先,我們可以將圓臺分成許多薄的圓柱體,然后計算這些圓柱體的體積之和。
如圖所示,將圓臺分成n個圓柱體,每個圓柱體的高度為Δh,底面半徑分別為r1、r2、r3...rn。則圓臺的體積可以表示為:
V = lim(n→∞)∑(i=1)^n π(r_i^2-r_^2)Δh
其中,r0=r,rn=R,Δh為圓臺高度h除以n得到的薄片高度。
我們可以將上式拆開,得到:
V = π(Δh/h) [r0^2 - r_^2 + r1^2 - r0^2 + r2^2 - r1^2 + ... + r_^2 - rn^2]
再將Δh/h記作Δ,即可得到:
V = πΔ[r_^2 - rn^2 + 2(r0^2 - r1^2 + r1^2 - r2^2 + ... + r_^2 - rn^2)]
我們可以看到,右側(cè)括號內(nèi)的每一項都是相鄰兩個圓柱體底面積的和。因此,我們可以將它們相加,并且在最后一項中加上R2和r2,得到:
V = πΔ(R2+r_r0 + r0r1 + r1r2 + ... + r_rn + r_n^2)
接下來,我們來計算r_r0 + r0r1 + r1r2 + ... + r_rn + r_n^2這一部分的值。
我們可以將它們相加,并且用差分法將其表示為:
(r1-r0) + (r2-r1) + ... + (rn-r_) + r_n
因此,我們將其代入圓臺體積公式中,得到:
V = πΔ(R2+2∑(i=1)^n riΔ+rn2)
因為ri與Δ的乘積可以看作是圓臺的梯形面積,所以當(dāng)Δ趨近于0時,上述公式的右側(cè)的部分可以表示為圓臺的橫截面積,即:
A = π(R2+r2+Rr)
因此,圓臺的體積公式可以表示為:
V = (1/3)Ah = (1/3)πh(R2+Rr+r2)
至此,我們成功地推導(dǎo)出了圓臺的體積公式。
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