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切割-拼接法推導正四棱臺體積公式(多種計算方式)

2021-08-19 14:54 作者:我真的沒摸魚啊  | 我要投稿


背景

? ? ? ?作分割,以上平面為基準,沿邊長向下切割,即得一個長方體、四個相同的三棱柱和四個相同的四棱錐,如圖所示:

分割圖示

則:

方法一:直接計算


各類切割體的對應邊長數據

方法二:拼接三棱柱為長方體;拼接四棱錐為長方體再進行計算

(1)兩個三棱柱拼為一個長方體

拼接圖示

(2)對于四棱錐,畫一等底等高長方體,可以發(fā)現這個長方體可以分割出兩個相同的已有的四棱錐,此外還剩下2個相同的三棱錐,計算發(fā)現每塊三棱錐的體積為四棱錐的一半。

那么:若將1個四棱錐變換形狀,得到2個這樣的三棱錐,那么3個四棱錐可拼接為1個與其等底等高的長方體。

(3)拼接四棱錐為正四棱錐,4個四棱錐拼接為一正四棱錐。

拼接方亭圖示

(4)沿四棱錐的棱即棱臺的棱邊再切割,將四棱錐切為兩個三棱錐,則最終切為一個長方體、四個相同的三棱柱和八個相同的三棱錐,如圖所示。

切割圖示
切割體圖示

參考文獻:趙繼偉, 王鵬云. 古巴比倫正四棱臺體積公式古證復原[J]. 自然科學史研究, 2009(02):183-190.

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