下边的是圆柱体,我们都熟悉
圆柱体
圆柱体 是旋转体, 一个长方形绕自己的一条边旋转以后,就会形成圆柱体
下边这个是圆锥体,我们也熟悉
圆锥体
圆锥体也是旋转体, 一个直角三角形, 围绕自己的一条直角边旋转以后, 就会形成圆锥体
关于他们的 体积计算,我们也熟悉
圆柱体 的体积 等于 底面积 乘以 高
圆锥体的 体积等于 同底 等高 的 圆柱体 体积的 1/3, 就是 底面积 乘以 高, 再乘以 1/3
下边 这个立体,也是 个旋转体
抛物体
是由一个抛物线, y=x*x-3 围绕y 轴旋转形成的。
那这个 抛物体的 体积 该如何计算呢? 它的体积 和 圆柱体的 体积公式,有简单的关系吗?
一个 连续函数 曲线 y=f(x) , x=a, x=b,以及 x 轴 形成的曲边梯形, 围绕 x 轴旋转以后, 形成的旋转体的体积, 可以按以下公式计算
旋转体体积公式
圆柱体的 体积等于 底面积 乘以 高
圆柱体的 底面圆 的半径 为 R 的话, 那 底面积 就等于 πR*R
上边 这个 公式里 也有 f(x) 的平方,再乘以π,
这样 算出来,就是 在 一个 特定的 x 点处,旋转体和垂直于 x 轴的平面, 形成的 截面圆 的 面积大小。
这样 把 旋转体 的 体积 看成, 由无数个 高为 dx, 底面积 为 π 乘以 f(x) 的平方, 的小薄圆柱 加起来的和, 一积分,就形成了 上边 这个公式。
下边就用微积分 计算一下 圆锥体的体积
这个直角三角形旋转后形成圆锥体
上边 这个图, 在 坐标面 上有一点 , p(h, r)
将 这点 和 坐标原点O 连接起来,
这样, OP, x 轴, 直线X=h, 围成一个直角三角形,
这个直角三角形,围绕x 轴 旋转一个圆周以后, 就会形成 一个圆锥
圆锥的 底面 半径为 r, 高为 h
如果 按 旋转曲线看的话, 旋转的曲线 是 y=r/h *x, x的变化范围为 0 到 h
这样,直接 套公式,积分就可以, 如下图
积分计算圆锥体积
可以看出, 这样用微积分 计算出来的体积, 和用 立体几何公式 计算的结果是 一样的。
高中,立体几何 推导 圆锥体积公式,解释为什么 圆锥体积 是 同底等高圆柱 体积的 1/3 时, 拿棱锥做类比,因为 立方体,可以分割成 三个同底等高的 四棱锥,所以 每个四棱锥的体积就是 立方体的 1/3。 现在用 微积分 直接 积分,就可以推导出来了。