球的体积和表面积公式具体推导过程

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1.3.2球的体积和表面积(1

设球的半径为R将半径OAn等分,过这些分点作平面把半球切割成n 层,每一层都是近似于圆柱形状的“小圆片”,这些“小圆片”的体积之和就是半球的体积。

由于“小圆片”近似于圆柱形状,所以它的体积也近似于圆柱的体积.它的高就是“小圆片”的厚度,底面就是“小圆片”的下底面.

由勾股定理可得第i层(由下向上数)“小圆片”的下底面半径: i1,23,···,n i层“小圆片"的体积为:

Vπ·=,i1,23,···,n 半球的体积:V半径=V1V2+···+Vn {1(1-)+(1)+···+[1-]} [n](注:) =[n-=)=

当所分的层数不断增加,也就是说,当n不断变大时,①式越来越接近于半球的 体积,如果n无限变大,就能由①式推出半径的体积.

事实上,n增大,就越来越小,当n无限大时,趋向于0,这时,有 V半径=,所以,半径为R的球的体积为: V

132球的体积和表面积(2

球的表面积推导方法(设球的半径为R,利用球的体积公式推导类似方法)

1)分割。把球O的表面分成n个“小球面片”,设它们的表面积分别是S1S2,…… Sn,那么球的表面积为:SS1S2+……+Sn

把球心O和每一个“小球面片”的顶点连接起来,整个球体被分成n个以“小球 面片”为底,球心为顶点的“小锥体”.例如,球心与第i个“小球面片”顶点相连后




就得到一个以点O为顶点,以第i个“小球面片”为底面的“小锥体”。这样“小锥体” 的底面是球面的一部分,底面是“曲”的.如果每一个“小球面片”都非常小,那么 “小锥体”的底面几乎是“平”的,(好象地球一样),这时,每一个“小锥体"就近 似于棱锥,它们的高近似于球的半径R

2)求近似和。设n个“小锥体”的体积分别为V1V2,…,Vn 那么球的体积为:VV1V2+…+Vn

由于“小锥体”近似于棱锥,所以我们用相应棱锥的体积作为“小锥体”体积的 近似值。第i个“小锥体”对应的棱锥以点O为顶点,以点O与第i个“小球面片” 顶点的连线为棱。设它的高为hi,底面面积为S'i,于是,它的体积为: Vihi Si,i12,…,n

这样就有:Vihi Sii1,2,…,n

V≈(h1 S1h2 S2 +…+hn Sn

3)转化为球的表面积.分割得越细密,也就是每一个“小球面片”越小,“小锥体”就越接近于棱锥,如果分割无限加细,每一个“小球面片”都无限变小,那么hi (i1,2,…,n)就趋向于RSi就趋向于 Si,于是,由①可得:VRS

V=,所以,有=RS 即: S4πR2




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