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圆柱体积的推导公式

来源 :华课网校 2024-08-03 14:15:29

圆柱体是几何学中的一个基本图形,它是由两个平行且相等的圆底面和它们之间的一个矩形侧面构成的。在实际生活中,我们经常会遇到圆柱体,例如铅笔、水杯、瓶子等等。那么,圆柱体的体积是多少呢?下面,我们来推导一下圆柱体的体积公式。

首先,我们需要知道圆柱体的定义。圆柱体的底面积为 $S$,高为 $h$,则其体积为 $V$。现在,我们可以将圆柱体分解为无数个极薄的圆柱体片,每个圆柱体片的高为 $h$,半径为 $r$(即底面圆的半径)。如下图所示:

![圆柱体体积推导图示](https://i.imgur.com/FK4l7oJ.png)

根据圆柱体的定义,我们可以得出每个圆柱体片的体积:

$$V_i = S_i \cdot h$$

其中,$S_i$ 表示圆柱体片的底面积,即圆面积 $\pi r^2$。

因为圆柱体是由无数个圆柱体片组成的,所以圆柱体的体积可以表示为所有圆柱体片体积之和:

$$V = \sum_^n V_i$$

将 $V_i$ 的公式代入上式,得到:

$$V = \sum_^n S_i \cdot h$$

将圆面积 $\pi r^2$ 代入 $S_i$ 中,得到:

$$V = \sum_^n \pi r^2 \cdot h$$

因为圆柱体的底面是一个圆,所以所有圆柱体片的半径都相等,即 $r$ 是一个定值。因此,上式可以简化为:

$$V = \pi r^2 \cdot h \cdot n$$

我们可以将圆柱体的高 $h$ 分成 $n$ 个小段,每个小段的高为 $h/n$,这样每个圆柱体片的高也就是 $h/n$。当 $n$ 趋近于无穷大时,所有的圆柱体片将变得无限小,而整个圆柱体的体积将趋近于一个定值。因此,可以将上式写成积分的形式:

$$V = \int_^ \pi r^2 \cdot dh$$

对 $h$ 进行积分,得到:

$$V = \pi r^2 \cdot \int_^ dh$$

$$V = \pi r^2 \cdot h$$

因此,圆柱体的体积公式为:

$$V = \pi r^2 \cdot h$$

这就是圆柱体的体积公式的推导过程。

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