高考数学公开课——祖暅原理.pptVIP

gèng 祖暅，又名祖暅之，是祖冲之的儿子，他的活动期大约在504 － 526年。祖氏父子在数学和天文学上都有杰出的贡献。 祖暅主要是修补编辑了祖冲之的《缀术》。他十分巧妙的推导了球的体积公式。 祖暅原理的原文是“幂势既同，则积不容异”，“幂”即面积，“势”即高。意思是：两个等高的几何体，如果与底面等距离的截面面积总相等。那么这两个几何体的体积相等。 西方把这个原理叫做“卡发雷利原理”，是在他于1635年所出版的《连续不可分几何》中所提出的。 1 刘徽 刘徽首先证明了《九章算术》中的球体积公式是不正确的，并在《九章算术》“开立圆术”注文中指出了一条推算球体积公式的正确途径。 刘徽创造了一个新的立体图形，他称之为“牟合方盖”，并指出：一旦算出牟合方盖的体积，球体积公式也就唾手可得。在一立方体内作两个互相垂直的内切圆柱。这两个圆柱体相交的部分，就是刘徽所说的“牟合方盖”。牟合方盖恰好把立方体的内切球包含在内并且同它相切。如果用同一个水平面去截它们，就得到一个圆（球的截面），和它的外切正方形（牟合方盖的截面）。 中国数学史 刘徽虽然没有推证出球体积公式， 但他所创用的特殊形式的不可分量方法，成为后来祖冲之父子在球体积问题上取得突破的先导。 牟合方盖 祖冲之（公元429-500） 刘徽（生于公元250左右） 中国数学史 　　 祖冲之（公元429-500，如图）活跃于南朝宋、齐两代，出生于历法世家，本人做过南徐州（今镇江）从事史和公府参军，都是地位不高的小官，但他却成为历代为数很少能名列正史的数学家之一。祖冲之在公元462年创制了一部历法《大明历》，这在当时是最先进的历法. 也就是说，祖冲之算出了圆周率数值的上下限： “祖冲之更开密法，以圆径一亿为一丈，圆周盈数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒七忽，肭数三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒六忽，正数在盈肭二限之间”。 祖冲之关于圆周率的贡献记载在《隋书》中，《隋书﹒律历志》说： 字景烁，又名祖暅之，是祖冲之的儿子，自小对数学有浓厚的兴趣，经常与父亲一起钻研数学问题。祖氏父子在数学和天文学上都有杰出的贡献。 祖暅修补、编辑了祖冲之的《缀术》。他运用祖暅原理十分巧妙的推导了球的体积公式。他在数学上的成就，除了父亲对他的影响，和他自己后天的努力是分不开的。 祖暅原理的原文是“幂势既同，则积不容异”，“幂”即面积，“势”即高。意思是：两个等高的几何体，如果与底面等距离的截面面积总相等。那么这两个几何体的体积相等。 “祖暅原理”在17世纪由意大利数学家卡瓦列里重新发现，但比祖暅晚一千余年。 大约公元五世纪，我国古代数学家祖暅在实践的基础上，总结出一个重要的体积计算原理： 夹在两个平行平面间的两个几何体，被平行于这两个平面的任意平面所截，如果截得的两个截面的面积总相等，那么这两个几何体的体积相等。 解释 棱柱、圆柱的截面有什么性质？ 设棱柱与圆柱的底面积都为S、高都为h，根据祖暅原理，那么它们的体积相等，但等于多少呢？为此还必须引进一个底面积为S、高为h的长方体，而这样的长方体、棱柱、圆柱的体积都相等． 平行于底面的截面与底面相等． 图1 用祖暅原理证明球体积公式 我们回忆一下祖暅原理（请一位学生叙述原理的内容），求球的体积关键是找一个满足原理又可计算体积的几何体．这个几何体的形状应是怎样的？先观察与半径为R的半球底面平行，且与底面距离为l的截面面积S=πR2-πl2．而πR2-πl2可能作一圆环面积，其中圆环的大圆半径为R对任意截面不变，故底面半径为R的圆柱满足；小圆半径要等于l，轴截面为等腰直角三角形的倒圆锥具有这性质，这就启发我们用祖暅原理可以这样推导： 取一个底面半径和高都等于R的圆柱，从圆柱中挖去一个以圆柱的上底面为底面、下底面圆心为顶点的圆锥，把所得的几何体和半球放在同一个平面α上（图2-59），因为圆柱的高等于R，所以这个几何体和半球都夹在两个平行平面之间． 师：我国古代数学家祖暅，早在公元五世纪，就在实践的基础上，总结出这个公理，并首先用这个公理证明了球的体积公式，因而我们把公理6也叫做祖暅原理．祖暅比外国人早十二世纪提出这个事实．在古代我国数学家对世界数学发展的贡献也是很大的． （三）棱柱、圆柱的体积 师：下面我们用以上两个公理来求棱柱和圆柱的体积． 师问：棱柱、圆柱的截面有什么性质？ 生：平行于底面的截面与底面相等． 师：设棱柱与圆柱的底面积都为S、高都为h，根据祖暅原理，那么它们的体积相等，但等于多少呢？为此还必须引进一