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日志

数学:球的体积公式(2)

热度 2已有 3701 次阅读2013-5-25 07:31 |系统分类:教育

祖冲之到底有没有发现球的体积公式存在疑问。但即使祖冲之发现了相关公式,后来的汉人也完全不知道,等于祖冲之没有发现。李约瑟写中国古代科技史的时候,中国人正是被日本人追着打,性命难保,更是已经完全看不懂祖先的科技著作。

球的体积公式 [tx]\frac{4}{3}\pi r^3[/tx] 证明方法很多,下面再来一个运用中学代数知识的证明,方法就是把球切成片片、楞算。见下图


在上面的图中,我们把球切成2N个薄片,也就是每片的厚度为 h = r/N。上图中,阴影处为其中一片,它的体积是其底面积乘以高度  h。底面积是半径为AB的园,也就是 pi * AB^2。

根据勾股定理, AB^2 = r^2 - OA^2.

对于第n个切片,OA = n/N * r 

因此,第n个切片的体积是


h*pi* AB^2 = pi * (r^2- OA^2) = h* pi * (r^2 - n^2/N^2 r^2)  

[tx]\frac{r}{N} \pi AB^2 = \frac{r}{N}(r^2-\frac{n^2}{N^2}r^2) = \frac{\pi r^3}{N} - \pi r^3 \frac{n^2}{N^3}[/tx]

把N个切片的体积加起来,就是半个球的体积了。上面的第一项好办,但第二项里面有一个  n^2,所以我们要知道怎么把 1^2 + 2^3 +...N^2求和。

 可以证明,1^2 + 2^3 +...N^2 = 1/3 N^3 + 1/2 N^2 + 1/6 N

当N无限大时,上面这个数除以N^3等于 1/3.

所以,半个球的体积是

pi r^3 - 1/3 pi r^3 = 2/3 pi r^3


所以,球的体积是 4/3 pi r ^3 --- [ix]\frac{4}{3} \pi r^3[/ix]









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发表评论 评论 (2 个评论)

回复 可爱的台风 2013-5-25 07:56
古代的历史记载大都是政府执政记录,还有就是,当时的科举考试忽略了自然科学的重要性,很多计算公式大都掌握在工匠手中,有没有专门的研发机构,记载文献很少。
回复 蓝天绿地 2013-5-25 09:14
可爱的台风: 古代的历史记载大都是政府执政记录,还有就是,当时的科举考试忽略了自然科学的重要性,很多计算公式大都掌握在工匠手中,有没有专门的研发机构,记载文献很少。 ...
太可惜  

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