圆锥的体积微积分

圆锥的体积微积分 如何用微积分原理解释圆锥体积的计算?

如何用微积分原理解释圆锥体积的计算?

如何用微积分原理解释圆锥体积的计算?

答:对于计算体积和面积,可是微积分的强项!

我们可以把圆锥,如下图建立坐标系:

根据相似三角形,对于距离原点y处的小圆有:

h/R=y/r;

小圆面积为:

s=πr^2=π(Ry/h)^2

圆锥体的体积,是对y从0到h的定积分:

V=∫sdy=∫π(Ry/h)^2dy=(1/3)πhR^2

其实,对于任何截面积从零开始,并呈线性变化的体积,都是:

V=∫sdy=(1/3)Sh

即底面积乘高的三分之一,就算是呈复杂变化的立体体积,只要我们把r的函数关系修正一下,同样可以计算。

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如何用微积分原理解释圆锥体积的计算?

圆锥的体积等于和它等底等高圆柱体积的1/3,这个问题困扰我很久。在小学的时候,那节课我请假了没有去,我在家里采用实验验证法。就是用纸粘了一个圆锥,也粘了一个和它等底等高的圆柱。用圆锥往圆柱里灌麦子,灌了三下大概灌满,当然也可以灌沙子或灌水等。通过实验法,可以很直观的得到1/3这个概念。

三角形面积计算

三角形的面积公式很简单,底乘高除以2。将两个全等的三角形,可以拼成一个平行四边形。这就为我们解决椎体问题提供了思路。

将三棱柱进行三等分

请大家看下面这个图,2与3是两个等底等高的三棱锥,1与3也是两个等底等高的三棱锥,所以说1、2、3体积均相等。可以用橡皮泥捏个三棱柱,然后按图用刀子切开(注意安全),然后再拼上这样可以加深印象,直观理解。

祖暅原理

“两个同高的几何体,如果与底等距离的截面积总相等,那么这两个几何体的体积相等”,原文是“幂势既同,则积不容异”。

依据祖暅原理,可以将底面转化为圆形或其他图形,从而推出圆锥的体积公式,并且任意锥体的体积都要乘以这个1/3。祖暅原理其实就是一种微积分的思想。

旋转体体积公式

上大学之后学了微积分,通过微积分中旋转体体积计算公式可以很容易得到圆锥的体积公式。可以将圆锥,切成无数个小薄片,每个小薄片儿近似于圆柱,将这无数个小薄片儿的体积加起来求极限,就是圆锥的体积。