あすかさんからの質問1
問題
四角錐の体積の公式
(底面積)×(高さ)÷3
を証明せよ。
※以下の解答は、四角錐に限らず、一般の錐体でも成り立ちます。
解答1(積分を使う方法)
底面積をS、高さをhとします。
高さ方向にz軸を取り、四角錐の先端を0,底面をhとします。
位置zでのz軸に垂直な面での切り口の面積f(z)
は、z2に
比例するので、f(0)=0,f(h)=S になるように係数を決めると
f(z)=Sz2/h2
これを0〜hまで積分すると体積Vは、
となります。
解答2(積分を使わない方法)
図のように、高さ方向にn等分します。
左の図は、n個の四角柱が四角錐の内部にあります。
右の図は、四角錐がn個の四角柱の内部にあります。
つまり、求める四角錐の体積は、左と右の各四角柱の体積の間にあり、
nを大きくしていくと、求める体積に近づきます。
底面積をSとすると、
左の四角柱の体積の合計V1は、
右の四角柱の体積の合計V2は、
である。n→∞ のとき
V1→Sh/3
V2→Sh/3
であるので、求める体積も、Sh/3 となる。
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