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根据第 13.5 节提供的符号,推导出圆台体积的公式。


待办事项

我们需要推导出圆台体积的公式。

解答


ABC 为一个圆锥。

从圆锥中,用平行于底面的平面截取圆台 DECB

r1r2 分别为圆台上下底面的半径,h 为圆台的高。

ABGADF

DF

因此,

\triangle ABG \sim \triangle ADF

这意味着,

\frac{D F}{B G}=\frac{A F}{A G}=\frac{A D}{A B}

\frac{r_{2}}{r_{1}}=\frac{h_{1}-h}{h_{1}}=\frac{l_{1}-l}{l_{1}}

\frac{r_{2}}{r_{1}}=1-\frac{h}{h_{1}}=1-\frac{l}{l_{1}}

1-\frac{h}{\mathrm{h}_{1}}=\frac{r_{2}}{r_{1}}

\frac{h}{\mathrm{h}_{1}}=1-\frac{r_{2}}{r_{1}}

\frac{h}{\mathrm{h}_{1}}=\frac{r_1-r_{2}}{r_{1}}

\frac{h_1}{h}=\frac{r_1}{r_1-r_2}

h_1=\frac{r_1h}{r_1-r_2}

圆台体积 = 圆锥 ABC 体积 - 圆锥 ADE 体积

=\frac{1}{3}\pi r_1^2h_1 -\frac{1}{3}\pi r_2^2(h_1 - h)

= \frac{\pi}{3}[r_1^2h_1-r_2^2(h_1 - h)]

=\frac{\pi}{3}[r_{1}^{2}(\frac{h r_{1}}{r_{1}-r_{2}})-r_{2}^{2}(\frac{h r_{1}}{r_{1}-r_{2}}-h)]

=\frac{\pi}{3}[(\frac{h r_{1}^{3}}{r_{1}-r_{2}})-r_{2}^{2}(\frac{h r_{1}-h r_{1}+h r_{2}}{r_{1}-r_{2}})]

=\frac{\pi}{3}[\frac{h r_{1}^{3}}{r_{1}-r_{2}}-\frac{h r_{2}^{3}}{r_{1}-r_{2}}]

=\frac{\pi}{3} h[\frac{r_{1}^{3}-r_{2}^{3}}{r_{1}-r_{2}}]

=\frac{\pi}{3} h[\frac{(r_{1}-r_{2})(r_{1}^{2}+r_{2}^{2}+r_{1} r_{2})}{r_{1}-r_{2}}]

=\frac{\pi}{3} h(r_{1}^{2}+r_{2}^{2}+r_{1} r_{2})

更新于: 2022年10月10日

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