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切割-拼接法推导正四棱台体积公式(多种计算方式)

2021-08-19 14:54 作者:我真的没摸鱼啊  | 我要投稿


背景

       作分割,以上平面为基准,沿边长向下切割,即得一个长方体、四个相同的三棱柱和四个相同的四棱锥,如图所示:

分割图示

则:

方法一:直接计算


各类切割体的对应边长数据

方法二:拼接三棱柱为长方体;拼接四棱锥为长方体再进行计算

(1)两个三棱柱拼为一个长方体

拼接图示

(2)对于四棱锥,画一等底等高长方体,可以发现这个长方体可以分割出两个相同的已有的四棱锥,此外还剩下2个相同的三棱锥,计算发现每块三棱锥的体积为四棱锥的一半。

那么:若将1个四棱锥变换形状,得到2个这样的三棱锥,那么3个四棱锥可拼接为1个与其等底等高的长方体。

(3)拼接四棱锥为正四棱锥,4个四棱锥拼接为一正四棱锥。

拼接方亭图示

(4)沿四棱锥的棱即棱台的棱边再切割,将四棱锥切为两个三棱锥,则最终切为一个长方体、四个相同的三棱柱和八个相同的三棱锥,如图所示。

切割图示
切割体图示

参考文献:赵继伟, 王鹏云. 古巴比伦正四棱台体积公式古证复原[J]. 自然科学史研究, 2009(02):183-190.

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