写给孩子的趣味几何学
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1.11 万能公式

这种似乎万能的公式的确存在,而且并非仅适用于上述所提的圆柱、圆锥和圆台,也可以普遍适用于所有种类的棱柱体、棱锥体、棱台体以及球体。以下就是被称作“辛普森公式”的著名万能公式:

其中,h是立体的高度;b1是下底面积;b2是中部截面面积;b3是上底面积。

[题] 试着证明利用上述公式确实能计算出以下七类几何体的体积:棱柱、棱锥、棱台、圆柱、圆锥、圆台、球体。

[解] 将上述公式分别用以计算以上七种几何体体积,即可验证。

对于棱柱和圆柱[图1-16(a)],得出:

图1-16 万能公式适用的几种几何体

对于棱锥和圆锥[图1-16(b)],得出:

对于圆台[图1-16(c)],得出:

对于棱台的,也可用相似的证明方法。

最后,对于球体[图1-16(d)],得出:

[题] 万能公式还有一个有趣的特性:它还适用于平面图形的面积计算,如平行四边形、梯形、三角形。公式是一样的,只要把公式当中的字母含义改换如下即可:

其中,h是图形的高度;b1是下底长度;b2是中间线长度;b3是上底长度。

如何证明呢?

[解] 把万能公式应用到平行四边形(包括正方形和矩形)[图1-17(a)]面积计算中:

图1-17 适合用万能公式的图形

梯形[图1-17(b)]的面积为:

三角形[图1-17(c)]的面积为:

由此可见,“万能公式”的“万能”二字当之无愧。