答:球体积里面的4/3并没有特别的地方,只是这个体积公式的系数而已,就像三角形面积公式
“S=1/2*底*高”中的1/2一样。
我们来看半径为r,关于圆的几个公式:
圆的周长L=2πr;
圆的面
球体积的计算和球表面积是相关的,可以一并讨论。
最早给出球体积计算公式的是古希腊数学家阿基米德,距今2200多年。中国古代最早解决这个问题的是南北朝的祖縆,比阿基米德晚了七百多年。
阿基米德用了一个漂亮的初等技巧,介绍如下:
计算半径为r的下半球体积:
1. 作该下半球外切圆柱体(半径和高都=r),同时再作该圆柱体的内接圆锥体(底面半径和高都=r)。
2. 容易发现在任何一个水平截面上(距顶面x),
下半球截面面积=π(r²-x²),
圆锥体截面面积=πx²
二者之和=πr²,即圆柱体的截面面积。
3. 所以下半球的体积与圆锥体的体积(⅓πr³)之和=圆柱体的体积(πr³)
4. 所以球体积=4πr³/3。
根据体积公式,表面积显然就是4πr²。
这里有个小问题:为什么计算(椎体)体积时要/3?这个和计算(三角)面积时要/2是同一个问题,可以做个小习题(用拼接法即可)。实际上这个可以一直推广到任意高维空间,n维空间里的超椎体的“超体积”都是底面积(n-1维)×高/n。这个用数学归纳法也很好证明,可以作为高中奥数习题。
当然一旦掌握了微积分,这类问题就不再有任何难度。不管是体积还是表面积,一个最简单的三角函数积分就搞定了。一毛钱的技巧都不需要。
数学的发展是个去技巧化的进程。这就是个例子。