三棱

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祖暅原理的简单介绍 [复制链接]

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祖暅是我国南北朝时代的伟大科学家,他在5世纪末提出:“幂势即同,则积不容异”,意思是:夹在两个平行平面之间的两个几何体,被平行于这两个平面的任意一个平面所截,若截面面积都相等,则这两个几何体的体积相等。对于祖暅原理的理解,可以借助下面这个顺口溜:

两个胖子一般高,

平行地面刀刀切。

刀刀切出等面积,

两人必然同样胖。

祖暅原理常用来由已知几何体的体积推导未知几何体的体积,关键是要构造一个参照体。

定义:长方体的长宽高为

,则其体积为

若直棱柱的底面面积为

,高为

。取来底面面积底面面积为

,高为

的一个长方体。根据祖暅原理,直棱柱的体积与长方体的体积相等,于是直棱柱的体积

若柱体的底面面积为

,高为

。取来底面面积底面面积为

,高为

的一个直棱柱。根据祖暅原理,二者体积相等,于是柱体的体积

在直三棱柱中,可以分割出三个三棱锥,根据祖暅原理,可得三者体积相等。所以直三棱锥的体积为

任意一个锥体,底面积为

,高为

。取来一个直三棱锥,底面积为

,高为

。根据祖暅原理,二者体积相等。所以椎体体积

由锥体体积及台体的定义,结合比例相关知识计算不难得到台体体积

其中图①是一个半径为

的半球体,图②是从圆柱中挖去一个圆锥所得到的几何体.(圆柱和圆锥的底面半径和高均为

)

设截面高度为

,①的截面为圆,其半径

,截面面积

②的截面为环形,内圆半径为

,外圆半径为

,截面面积

于是根据祖暅原理,两个几何体的体积相等。

几何体②的体积是圆柱体积的

,①的体积等于②的体积,①的体积等于球的体积的一半。于是球的体积是圆柱体积的

于是球体体积公式为

祖暅原理,国外则一般称之为卡瓦列利原理,在西方,卡瓦列利定理不断演化,最终孕育微积分的不可分量思想。

张**

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