祖暅原理
簡單應用
圓柱體
圓柱體
如果垂直轉(zhuǎn)軸切開圓柱體,設r{\displaystyle r}為半徑,可以得到橫切面面積為π π -->r2{\displaystyle \pi r^{2}}的圓形。根據(jù)祖暅原理,圓柱體的體積相等于底面積相等于圓面積π π -->r2{\displaystyle \pi r^{2}}、高為h{\displaystyle h}的長方體,所以半徑為r{\displaystyle r}和高為h{\displaystyle h}的圓柱體體積是π π -->r2? ? -->h{\displaystyle \pi r^{2}\cdot h}。
半球體
垂直(上)以及水平(下)切開半球體和對照立體
從其中一層以垂直表面的高h{\displaystyle h}橫切半徑為r{\displaystyle r}的半球體,根據(jù)勾股定理,半徑為:
所以橫切面面積是:
對照立體是一個擁有與半球體相同橫切面積和高的立體,中間有一個圓錐體。高h{\displaystyle h}的對照立體環(huán)形切面有內(nèi)圓周r{\displaystyle r}以及外圓周h{\displaystyle h},其面積如下:
因此兩個立體都滿足祖暅原理并且有相同體積。對照立體的體積便是圓柱體和圓錐體體積之差,所以
成功利用這條有名的方程計算出半球體體積,從而導出球體體積公式。
微積分
兩條方程式積分后的差與兩條方程式之差的積分
祖暅原理背后的概念經(jīng)常出現(xiàn)在微積分中。作為維度的一個例子,因此兩條方程式在兩個交點間的面積可以利用以下方程獲得:
實質(zhì)上表示了函數(shù)圖形f{\displaystyle f}和g{\displaystyle g}之間的A1{\displaystyle A_{1}}面積與函數(shù)圖形x? ? -->f(x)? ? -->g(x){\displaystyle x\mapsto f(x)-g(x)}下的A2{\displaystyle A_{2}}相同,而后者的交點距離與前者相等。由于現(xiàn)代數(shù)學中的積分和面積的互相關系,而體積可以通過微分計算,使祖暅原理變得更為少用。
參考文獻
(英文)伽利略計劃:卡瓦列里
(英文)
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