為什麼這個概率只能用球冠面積比上球面積,而不能直接用 比上 ,以及兩者為什麼不相等?

時間 2021-06-09 01:27:24

1樓:ZRZRZR

(本文並非從嚴謹的角度解釋,而是用於幫助理解)

偏個題。現在按照你不明白為什麼錯的那個邏輯,我們來「求」一下圓錐的體積。

考慮乙個等腰三角形。我們先用三角形的底和高給其套個矩形,很顯然,三角形的面積是矩形的 。

我們讓三角形和矩形共同沿軸線轉一圈,得到的就應該是乙個圓錐和乙個圓柱。

關鍵來了——按照你上面的邏輯,由於三角形佔矩形的 ,圓椎也應該佔圓柱的 。

那麼圓椎的體積公式就應該是 了?

事實顯然不是這樣子的。根據一些基礎的實驗、立體幾何或微積分就可以得出,圓錐的體積公式應該是 ,這裡就不證了。關鍵是,為什麼如此呢?上面的邏輯到底錯在哪?

思考這個問題的時候,本質上的思路是:

1.過圓心把圓柱切成許多份。

2.那麼這每乙份都是乙個稍微有點厚度的平面。

3.這每乙個平面的面積都切兩半。

4.那麼總的面積也就等價於切成兩半了。

第一步和第四步是很經典的微積分思想,是沒有問題的。關鍵在第二步和第三步,存在對微積分思想的誤用。

這時候,我們讓邏輯再慢一點。不要把切片抽象成平面,而是抽象成和它更像的乙個三稜柱。考慮我們不把切片切得那麼薄。

這時候你把剛才用來切兩半的那幾個點連起來得到乙個面,沿這個面切開,你會發現,其得到的兩個體有很懸殊的體積差距。

如果你仔細觀察,這正好是差了兩倍。不過這不是我們的重點。

考慮讓這個三稜柱再變細,你覺得能改變這個倍數差距嗎?顯然是不可以的,因為剛才我們觀察的結果經過證明,對任意的三稜柱都是成立的。現在問題就來了:

既然無論你讓切片多麼細,都不能讓小塊得到1:1的體積關係,只會讓體積關係趨於1:2,那麼上述的第三步就不成立了。

如果你沿水平面切片,看著上面的圖,你可以這樣理解:左下角的塊「分」到的體積,絕大多數是半徑小的那部分,其分到了所有的左邊那條線,而右上角分到了所有的右邊那個面。這不細講了。

我要說的呢,就是在切片的時候,我們要想清楚到底哪些誤差能省略,哪些誤差不能省略;哪些誤差是常數,哪些誤差是倍數,哪些誤差是高階無窮小。

現在把題主這個拿出來試試:

首先我們切片。球切出來的並不是半圓,而是兩個半圓組成的二邊形。

注意到,這個二邊形是紡錘形的。兩邊更細一些。接下來,把 對應的那條線畫出來,就一目了然了:

恰好佔據了最窄的那段。兩極的寬度與赤道的寬度的比例是不可忽視的。

這就解決了你的問題。

2樓:hope

因為是空間角,而非平面角

是球冠面積和球面積比值,而非弧長與圓周比值。

球面被平面所截得的一部分叫做球冠,截得的圓叫做球冠的底.垂直於截面的直徑被截得的一段叫做球冠的高.

球冠的面積等於截成它的球面上大圓周長與球冠的高的積S球冠=2πRh

具體推倒可用微積分。

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