互为逆运算、降维与升维 球的表面积公式

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=√(R2-x2)(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) 。

互为逆运算、降维与升维 球的表面积公式

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因此薄片的面积是π(R2-x2),
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π(R2-x2)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:
互为逆运算、降维与升维 球的表面积公式

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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R+t时,其体积从4/3πR3增加到了4/3π(R+t)3
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dV/t则是壳的表面积:
互为逆运算、降维与升维 球的表面积公式

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圆的周长2πr与面积
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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,2πr为高的三角形,可得面积为πr2 。
如果从定积分的角度去分析,变量r,对应直线函数2πr,则直线下的面积∫2πrdr=πr2 。
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×Δθ
= r∑Δθ
= 2πr
=∫rdθ
= 2πr
圆的面积:
= ∑小圆环的周长×小圆环的宽度
= ∑2πr×Δr
=∫2πrdr
= πr2
球的体积 = ∑小球壳的面积×小球壳的厚度 。
= ∑4πr2×Δr
=∫4πr2dr
= 4πr3/3
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 。

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