為什麼所有椎體的體積都是1/3Sh?

zhengrong8247


這個問題問得很好,好像是很顯然的問題,但是又很少有人能把為什麼說出來。這裡介紹三種方法,分別是:小學方法,高中方法和大學方法。至於哪個方法更好,咱們可以在留言中互相探討。

小學方法

做實驗,取一個圓錐和一個圓柱容器,他們同底等高,然後在圓錐容器內裝滿沙子,將圓錐中的沙子倒進圓柱內,經過實驗可知,倒三次圓柱內的沙子就滿了。所以得出體積公式圓錐的體積是圓柱的1/3。

高中方法

首先,科普一個祖𣈶原理:“冪勢既同,則積不容異”,意思是說兩個物體,如果他們任意的橫截面面積都相等,那麼這兩個體的體積相等。

(祖𣈶如果沒聽過,那麼他的爸爸一定知道,大名鼎鼎的祖沖之!)

為了證明圓錐體積,更直白的解釋就是,如果兩個圓錐同底等高,那麼它們體積相等。

點A到平面A'BC的距離與B'到平面A'BC的距離相等,所以1和2的體積相等,同樣也可以證明,3和1的體積相等。那麼,一個柱體就被平均分成了三份,每一份都是一個錐體,就得到了錐體的體積是柱體的1/3。

大學方法

大學的方法就要用到微積分,把圓錐的橫截面積線性積分就可以得到圓錐的體積。

其中,S0是圓錐的底面積,H是圓錐的高。

大家覺得哪種方法更好呢?中國的古代算術確實很厲害👍,西方的數學邏輯推理也很棒。


數學你新哥


這個問題其實挺有意思的,如果僅僅討論三維椎體的話有個經典的立方體切割可以回答,中學奧數應該都會講過,很簡單。

但真正有趣的是其推廣形式:

在任意n維歐式空間裡,超椎體的“體積”是: S*H/n

要理解這點就需要一點微積分的思想:n維椎體體積相當於(n-1維)底截面積的積分,而截面積相當(等比)於截面邊長x的n-1次方。

於是椎體“超體積”=∫x^n-1 = xⁿ/n。

這就是這個1/n的數學意義。


帖木兒


就像是等底等高的長方形與三角形的面積比是2:1一樣

(在四維空間會不會是4:1呢???)

其實我也不懂,裝了一下B,嘻嘻😜


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