小学圆锥体体积公式怎么推导出来的 圆锥体积公式推导过程( 二 )



切分三棱柱
一块三棱柱蛋糕可以用刀如图切成三个全等的三棱锥,于是得到下面的结论:
三棱锥的体积是同底同高的棱柱体积的1/3 。
而且还可以此类推,金字塔的体积是同底同高的长方体体积的1/3 。还可以继续以此类推,底面是正多边形的正棱锥体积是同底同高的正多边形柱体体积的1/3 。
为什么呢?因为正多边形可以分为几个全等三角形啊 。
再继续推理,得到结论:
圆锥的体积等于同底同高的圆柱体积的1/3 。
这又是什么道理呢?
有两种解释,先说第一种 。
我们知道 。圆锥和同底同高的圆柱体积之间有数量关系 。我们暂时还不知道这个体积比是多少,就假设他们之间的比例为k 。
圆锥体体积:圆柱体体积=kπr2h:πr2h=k
六年级小学生知道比和比例,也会化简比 。所以把这个比化简为:
圆锥体体积:圆柱体体积=kr2h:r2h=k
小学生都能看懂 。相当于一个分数,分子和分母都同时乘以π的倒数,就消去π了 。
我们知道,与圆有关的公式有π,把π消去再一看,这不是变成底面是正方形的长方体体积公式了吗?
而前面我们已经论述了三棱锥的体积是同底同高的棱柱体积的1/3,所以现在我们知道k=1/3 。
于是得到了圆锥体体积公式:
V=1/3 πr2h
现在我们用第二种方法来解释以此类推的数学原理 。
伟大的原理:祖暅原理这要从祖暅原理或者是卡瓦列里原理说起 。
祖暅原理,又名等幂等积定理,内容是:夹在两个平行平面间的两个几何体,被平行于这两个平行平面的任何平面所截,如果截得两个截面的面积总相等,那么这两个几何体的体积相等 。祖暅之《缀术》有云:“缘幂势既同,则积不容异 。
在西方,直到17世纪,才由意大利数学家卡瓦列里(Cavalieri.B,1589-1647)于1635年出版的《连续不可分几何》中,提出了等积原理,所以西方人把它称之为“卡瓦列里原理” 。其实,他的发现要比我国的祖暅晚1100多年 。
祖暅[gèng](456年—536年),一作祖暅之,字景烁,范阳遒县(今河北涞水)人 。中国南北朝时期数学家、天文学家,祖冲之之子 。同父亲祖冲之一起圆满解决了球体积的计算问题,得到正确的体积公式,并据此提出了著名的“祖暅原理” 。
小学数学课堂如何讲解祖暅原理?最简单的方法是用若干本一模一样的书摞在一起,形象化演示 。
祖暅原理告诉我们:等底同高的棱锥体积相等 。祖暅原理只要求平行截面的面积相等,不要求这些截面的形状相同 。所以,根据祖暅原理,同底同高的圆锥体和金字塔体积相等,从前面的论述知道,同底同高的圆锥体与圆柱体体积之比为1:3 。
还有没有别的方法证明圆锥体体积公式呢?请看相关链接:【怎样计算直角三角形重心到直角边的距离? – 今日头条】https://m.toutiao.com/is/eAFR1a3/
这个链接告诉我们,怎样用帕波斯定理计算旋转体体积,推导出旋转体体积公式 。虽然有一定的难度,但是这才是学习数学的正确姿势之一 。
祖暅原理威力巨大,掌握了它,解决球体体积也不是难事 。
思维拓展:球体体积公式的推导现在,我们可以走得更远,推导出球体体积公式 。按照一贯的转化的数学思想,我们考虑一下怎么降低问题的难度 。球体不好算,就先考虑半球是什么情况 。请看下图:

小学圆锥体体积公式怎么推导出来的 圆锥体积公式推导过程


半球对比等底同高圆柱体
如图所示,在相同的高度平行底面得到的截面积如何计算呢?

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