如何计算椭球体的体积?

求算是数学的一个分支,用于讨论不同类型的几何形状,如立方体、圆柱体、椭球体,以及它们的面积和体积。它用于寻找用于测量物体或形状各个方面(如表面积、体积、曲面面积等)的几何和代数方程。在求算中,体积用于计算三维物体内部可填充的空间量。我们可以求出任何固体物体(如正方体、圆柱体、椭球体等)的体积。在本文中,我们将学习如何计算椭球体的体积。

椭球体

椭球体是一个三维几何图形。它是一个椭圆形的闭合表面,被视为一种结构化的椭圆。它之所以得名于椭圆,是因为任何切开椭球体的平面都会形成一个椭圆。它具有三条旋转对称轴,这三条轴彼此垂直并相交于一点,该点被称为椭球体的中心。椭球体分为两种类型:

  • 扁椭球体: 如果 a = b 且 a > c,则这种类型的椭球体被称为扁椭球体。
  • 长椭球体: 如果 a = b 且 c > a,则这种类型的椭球体被称为长椭球体。

椭球体的标准方程是

> x2/a2 + y2/b2 + z2/c2 = 1

这里 a ≠ b ≠ c。如果 a = b = c,那么该椭球体被称为球体。

椭球体的体积是对椭球体的度量,表示闭合表面所包围的三维空间的大小。

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正如我们所知,椭球体的方程为 (x2/a2) + (y2/b2) + (z2/c2) = 1,其中 a、b、c 是椭球体半轴的长度,那么体积可以通过以下公式计算——

> 椭球体体积 = (4/3) × π × a × b × c

扁椭球体的体积为

> 扁椭球体体积 = (4/3) × π × a × a × b

长椭球体的体积为

> 长椭球体体积 = (4/3) × π × a × b × b

> 示例:

>

> 给定半轴的长度分别为 5cm、6cm、4cm

>

> 所以椭球体的体积为

>

> V = (4/3) × π × a × b × c

>

> = (4/3) × π × 5 × 6 × 4

>

> = 430/3

>

> = 160

>

> 因此,椭球体的体积为 160

确定椭球体的体积

> 正如我们所知,椭球体的方程是

>

> (x2/a2) + (y2/b2) + (z2/c2) = 1

>

> 让我们假设 -a ≤ x ≤ a

>

> 现在,我们用一个平行于 yz 平面的平面切割椭球体

>

> 所以,我们得到一个椭圆

>

> (y2/b2) + (z2/c2) = 1 – (x2/a2)

>

> (y2/b2(1 – (x2/a2))) + (z2/c2(1 – (x2/a2) )) = 1

>

> 所以半轴为

>

> p = b√(1 – (x2/a2)) 且 q = c√(1 – (x2/a2))

>

> 因为我们知道椭圆的面积是

>

> A(x) = πbc(1 – (x2/a2)) …..(1)

>

> 现在通过使用母条目公式(定积分公式)我们来计算椭球体的体积

>

> V = \limi\int^{a}_{-a}{A(x)} dx

>

> 现在将方程 (1) 中 A(x) 的值代入,我们得到

>

> V = πbc \limi\int^{a}_{-a}{(1-\frac{x^2}{a^2})} dx

>

> V = 4/3πbc

示例问题

问题 1:如果半轴的长度分别为 3cm、4cm、2cm,求椭球体的体积。
解答:

> 已知,

>

> 椭球体的半轴长度 a=3cm, b=4cm, c=2cm

>

> 体积 = (4/3) × π × a × b × c

>

> = (4/3) × π × 3 × 4 × 2

>

> = 32 × π

>

> = 100.53 cm3

>

> 因此,给定尺寸的椭球体体积为 100.53cm3。

问题 2:如果半轴的长度分别为 5cm、3cm、2cm,求椭球体的体积。
解答:

> 已知,

>

> 椭球体的半轴长度 a = 5cm, b = 3cm, c = 2cm

>

> 体积 = (4/3) × π × a × b × c

>

> = (4/3) × π × 5 × 3 × 2

>

> = 40 × π

>

> = 125.66 cm3

>

> 因此,给定尺寸的椭球体体积为 125.66cm3。

问题 3:如果轴的长度分别为 6cm、4cm、2cm,求椭球体的体积。
解答:

> 已知,

>

> 椭球体的轴长分别为 6cm, 4cm 和 2cm。

>

> 半轴长度 = 轴长/2

>

> a = (6/2) = 3cm

>

> b = (4/2) = 2cm

>

> c = (2/2) = 1cm

>

> 体积 = (4/3) × π × a × b × c

>

> = (4/3) × π × 3 × 2 × 1

>

> = 8× π

>

> = 25.13 cm3

>

> 因此,给定尺寸的椭球体体积为 25.13cm3。

问题 4:如果轴的长度分别为 12cm、6cm 和 2cm,求椭球体的体积。
解答:

> 已知,

>

> 椭球体的轴长分别为 12cm, 6cm 和 2cm。

>

> 半轴长度 = 轴长/2

>

> a = (12/2) = 6cm

>

> b = (6/2) = 3cm

>

> c = (2/2) = 1cm

>

> 体积 = (4/3) × π × a × b × c

>

> = (4/3) × π × 6 × 3 × 1

>

> = 24× π

>

> = 75.4 cm3

>

> 因此,给定尺寸的椭球体体积为 75.4cm3。

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