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问题:

如何用极限的思想解决球的体积推导问题!

更新时间:2026-05-05 11:00:08

问题描述:

如何用极限的思想解决球的体积推导问题!
钱连岱回答:

  先计算半个球的体积   在图中 截取很小的一段 看做一个圆柱体   高度为△h , 底面半径为 (R^2-h^2)^0.5   圆柱体 体积 △V=π*(R^2-h^2)*△h   半球体积V= ∫π*(R^2-h^2)*dh (h取值范围 0-R)   =∫π*R^2*dh -∫π*h^2*dh   =π(R^2*R-R^2*0)-1/3π(R^3-0^3) (定积分的计算)   =πR^3-1/3*πR^3   =2/3*πR^3   球的体积 V=2/3*πR^3 *2 =4/3*πR^3   高中知识   和上面差不多吧 就用同一个图来说明了   把半球 从上到下 分成 m份 (m趋于无穷),每一份 都是个小圆柱.圆柱的高是 R/m   我们来看 第n份的 情况,   还是利用图中的三角形 第n份的地面半径 =(R^2-(n/m*R)^2)^1/2   第n份的 体积就是 V(n)=π*(R^2-(n/m*R)^2)*R/m   化简一下:   V(n)=πR^3(m^2-n^2)/m^3   半球的体积 =V(1)+V(2)+V(3)+.+V(n)+...+V(m)   即 ∑πR^3(m^2-n^2)/m^3 (n为 1-m)   ∑πR^3(m^2-n^2)/m^3 =πR^3*n/m -πR^3*/m^3∑n^2   下面来看一下 ∑n^2 这个求和   1^2+2^2+3^2+...+n^2=n(n+1)(2n+1)/6 (这个公式用立方差公式可以推导出来)   知道这个后 ,我们再来看 上面的式子   那么 ∑πR^3(m^2-n^2)/m^3 = πR^3*n/m-πR^3*/m^3 *n(n+1)(2n+1)/6 (n=m)   =πR^3-πR^3*m(m+1)(2m+1)/6m^3   m趋于无穷   半球的体积= lim[πR^3-πR^3*m(m+1)(2m+1)/6m^3] (m→∞)   =πR^3-πR^3*lim [m(m+1)(2m+1)/6m^3]   (关于这个极限 lim [m(m+1)(2m+1)/6m^3] =1/3,   极限其实就等于 最高次项的系数比)   那么 半球的体积=πR^3-πR^3* 1/3=2/3πR^3   球体积=2/3πR^3 *2 =4/3 πR^3

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