求圆体积公式 球体半径R,把球平行地切成许多圆形薄片,每个圆形薄片的半径r(Rx)(x是该薄片到球心的距离,更准确地说是横向坐标,范围是R到R)。 因此薄片的面积是(Rx), 球体体积薄片体积的和薄片面积的和薄片厚度d 相当于对(Rx)这个式子,让x从R到R以间距d走一遍求和,再乘以d 相当于求积分: 如果看不懂积分,就写成求和式计算,再让d趋于无穷小。 求圆表面积公式 从几何思考,半径增长一点,体积增长多少? 把球看成洋葱那样一层一层的球壳包起来的,设球壳厚度是t。 当一个球的半径从R增加到Rt时,其体积从43R增加到了43(Rt) 同时相当于,这个球增加了一个厚度为t的壳。 因此dV就是增加的壳的体积,而dVt则是壳的表面积: 圆的周长2r与面积 从以上图形可以很直观地看出,圆的半径微分为dr,展开后可以近似为一个以R为底,2r为高的三角形,可得面积为r。 如果从定积分的角度去分析,变量r,对应直线函数2r,则直线下的面积2rdrr。 辐射积分 我们的生活中,存在辐射现象。太阳源源不断的把太阳能辐射到地球,冬天取暖用的火炉向外辐射能量。其实数学中也存在这样的辐射现象,不过我们先要了解辐射的特点。辐射无非就是说,辐射源不间断的向四面八方的空间均匀的发射能量;看来它的特点是:辐射源、发射方向四面八方、变化是均匀的。在几何中符合辐射条件的几何空间群有是:圆、圆柱、球。 圆是以圆心为辐射源,圆柱是以中心轴L为辐射源,球是以球心为辐射源。这样的辐射几何空间是有定积分的,把他们的辐射单元求和(积分)就可以得到相应的圆的面积、圆柱和球的体积了,我把它们这样形式的定积分称为辐射积分。 球的体积的导数球的表面; 圆的面积的导数圆的周长; 圆的周长的导数整个圆的圆周角; 因为圆是最特别的图形。 圆的周长: 小扇形的弧长 圆的半径小扇形的弧度 圆的半径 r 2r rd 2r 圆的面积: 小圆环的周长小圆环的宽度 2rr 2rdr r 球的体积小球壳的面积小球壳的厚度。 4rr 4rdr 4r3 这些都是积分基本思想、基本方法。 就是:分割、求和、取极限(过渡到积分)。 导数是指空间变化率: 如果球体的半径在变,对半径的求导的意义是: 半径每变化一个单位所引起的球体体积大小的变化 它在大小的量值上正好等于球表面的面积。 圆的面积、周长的解释完全类似。 但对于椭圆(球)、三角形、正方形、立方体。。。都不成立! 正方体的体积与面积的关系 正方体要处理成体积的导数就是表面积,必须要换求导变量。 原因是方体的原边x的微小增量是不和体积的增量成表面积变化关系。 先看一下正方体的组成,它是由6个锥体拼凑而成,6个锥体的顶点对称在正方体的空间中心,它们的底面是6个正方形表面。 正方体体积vx,也就等于6个锥体的体积和(那么每个锥体体积为vz16x3), 单独一个锥体的高度h12x,x为正方体的边长。 正方体表面积s6x, 由h12x,x2h, v(2h)8h s6(2h)24h dvs24h h其实就是沿正方体底面到正方体空间中心的距离,(6个锥体的高)。 从视觉上判断,h的微小变化,可以导致正方体表体如洋葱一样剥离表面。 假设将球镀上一层非常薄的金属膜(原球半径是r,膜厚度为dr),那么膜的体积就是V(rdr)V(r)Vdr 又由于膜非常薄,故体积面积drSdr 所以,dVVdrSdr SV 球体积是球半径R的函数,对R求导数才能得球面表面积。 如果用直径D来表示的话,则球体积v(D)D6,对D的导数v(D)D2,而球的表面积为D,显然v(D)并不是球的表面积。 而对正方体也是如此,若取正方体边长的一半做为变量,则V(2a)8a,求导得v24a表面积。 End