立体几何相关公式推导理解(球体、台体体积)

立体几何相关公式推导理解(球体、台体体积)球的体积 V 球 43 R3V 球 frac 4 3 piR 3 V 球 34 R3 根据圆柱 圆锥体积进行推导理解 V 圆柱 S 底面积 h R2 hV 圆锥 13 S 底面积 h 13 R2

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球的体积

V 球 = 4 3 π R 3 . V_{球}=\frac{4}{3}\pi R^{3} . V=34πR3.
根据圆柱、圆锥体积进行推导理解:
V 圆 柱 = S 底 面 积 ⋅ h = π R 2 ⋅ h V 圆 锥 = 1 3 ⋅ S 底 面 积 ⋅ h = 1 3 ⋅ π R 2 ⋅ h V_{圆柱}=S_{底面积}\cdot h =\pi R^{2}\cdot h\\ V_{圆锥}=\frac{1}{3}\cdot S_{底面积}\cdot h=\frac{1}{3}\cdot \pi R^{2}\cdot h V=Sh=πR2hV=31Sh=31πR2h
同底同高情况下,半求体积直观可见介于圆柱、圆锥之间,很容易记忆其系数介于1、1/3之间,为2/3,如下图所示:
在这里插入图片描述
半球的高h即为半径R,因此:
V 半 球 = 2 3 ⋅ S 底 面 积 ⋅ h = 2 3 ⋅ π R 2 ⋅ R V 球 = 4 3 π R 3 V_{半球}=\frac{2}{3}\cdot S_{底面积}\cdot h=\frac{2}{3}\cdot \pi R^{2}\cdot R \\ V_{球}=\frac{4}{3}\pi R^{3} V=32Sh=32πR2RV=34πR3

台体体积

棱台和圆台分别是棱锥、圆锥用平行于底面的平面截去一个椎体得到的.因此台体的体积可以用两个椎体体积的差来计算.(公式根据例图做推导)
在这里插入图片描述
棱台体积=大棱锥体积-小棱锥体积:
V 台 体 = 1 3 S ( h + x ) − 1 3 S ′ x = 1 3 S h + 1 3 x ( S − S ′ ) . [ 1 式 ] V_{台体}=\frac{1}{3}S(h+x)-\frac{1}{3}S^{‘}x=\frac{1}{3}Sh+\frac{1}{3}x(S-S^{‘}).\quad [1式] V=31S(h+x)31Sx=31Sh+31x(SS).[1]
由于大棱锥与小棱锥相似,高之比=底面积之比的平方
h + x x = S S ′ h x = S − S ′ S ′ h x = S − S ′ S ′ ( S + S ′ ) x ( S − S ′ ) = h ( S ′ S + S ′ ) . [ 2 式 ] \frac{h+x}{x}=\frac{\sqrt{S} }{\sqrt{S^{‘} } }\\ \frac{h}{x}=\frac{\sqrt{S}-\sqrt{S^{‘} } }{\sqrt{S^{‘} } } \\ \frac{h}{x}=\frac{S-S^{‘} }{\sqrt{S^{‘}}(\sqrt{S}+\sqrt{S^{‘}}) } \\ x({S-S^{‘} })=h({\sqrt{S^{‘}}\sqrt{S}+S^{‘} }).\quad[2式] xh+x=S
S
xh=S
S
S
xh=S
(S
+S
)
SS
x(SS)=h(S
S
+S
).[2]

将2式代入1式得3式:
V 台 体 = 1 3 h ( S + S S ′ + S ′ ) . [ 3 式 ] V_{台体} =\frac{1}{3} h(S+\sqrt[]{SS^{‘} }+S^{‘} ).\quad[3式] V=31h(S+SS
+
S).[3]

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