根據第 13.5 節提供的符號,推匯出圓臺體積的公式。


待辦事項

我們需要推匯出圓臺體積的公式。

解答


設 $ABC$ 為一個圓錐。

從圓錐中,用平行於底面的平面擷取圓臺 $DECB$。

$r_1$ 和 $r_2$ 分別為圓臺上下底面的半徑,$h$ 為圓臺的高。

在 $\triangle ABG$ 和 $\triangle ADF$ 中

$DF \| BG$

因此,

$\triangle ABG \sim \triangle ADF$

這意味著,

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

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

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

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

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

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

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

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

圓臺體積 = 圓錐 $ABC$ 體積 - 圓錐 $ADE$ 體積

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

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

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

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

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

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

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

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

更新於: 2022年10月10日

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