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任意半球体积计算公式的推导

更新时间:作者:小小条

任意半球体积计算公式的推导:

1、祖暅原理:两等高的几何体若在所有等高处的水平截面的面积相等,则这两个几何体的体积相等。

任意半球体积计算公式的推导

2、小半球的体积与旋转体体积对比:


3、小半球体积的计算原理:使小半球球冠高与圆柱和圆锥台高相等,并且圆柱和圆锥台的半径和小半球整球半径相等,这样就使得圆锥台角度是45度(因为圆锥台延长线成圆锥的高度是圆锥和圆柱的半径相等),再将圆柱和圆锥台切面多片,在与左面小球冠相对应切片。先计算出球冠切片面积。再计算圆柱和圆锥台切片圆环面积。

设小半球整个圆球半径为R,小半球截面半径为r,小半球面圆心到半球圆心距离为L

小半球切面半径:r=

小半球切面面积:


同时右边圆柱和圆锥台切成三片,方便下面计算切面环的面积。

由于圆柱和圆锥台圆半径都是R,高也和整个圆球半径一样是R,所以圆锥台角为45度,圆锥台小圆切面半径r等于L。

圆环面积:

这样就证明小半球切面圆面积和圆锥台切面圆环面积相等,这样就可以通过祖暅原理,通过计算圆柱体体积减增三分之一圆锥台体积(因等高圆锥台体积等于三分之一等高圆柱体积),就可计算小半球的体积。

半径为整球R,高为小半球冠高h圆柱的体积:

这样就推导出任意半球球冠体积公式:πh²(3R − h)/3(R为整球半径、h为球冠高度)

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