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球体表面积公式推导(2种方法) - 微积分应用

wxchong 2025-06-24 17:31:10 开源技术 5 ℃ 0 评论

我们知道,球体表面积:

下面,我们用2种相对比较容易理解的方法来推导球体的表面积公式。

第1种方法:切片法+积分 推导球体表面积公式

1)将球心置于坐标系的原点O;

2)将球体无限切割成均匀薄片。

任取其中一张薄片分析

A,B分别为薄片的内侧点和外侧点

θ为A到圆心O的夹角

圆环内圆的半径:

圆环内圆的周长:

展开后的圆环近似为一个长方形,如图:

球体表面面积S = 所有圆环面积之和

等价于以下积分形式:


延伸思考:



作球体切片积分时,设 圆环薄片圆心C到O的距离为r,薄片的厚度为dr,

注意用红色字体标注的部分,与已推导出来的积分式不一样

导致积分结果不一样,思考一下,为什么?

望感兴趣的朋友留言解答。


第2种方法:从球体体积公式推导球体表面积公式

将球体看作 由n个高度为dr的薄层构成

每剥开一层,球体的体积就减少dv,

对球体体积函数v(r)求导,可得到球体表面积关于半径的函数s(r):

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