goo blog サービス終了のお知らせ 

数学の素朴な疑問

数学の素朴な疑問

半径 r , 高さ h の円錐の体積が (1/3) π r^2 h である理由

2017年05月04日 02時13分49秒 | 日記

半径 r , 高さ h の円錐を、高さ h/n の薄い円柱(円盤状の円柱) n 個で近似する。




内接する(円柱の上面が円錐に接する)ように近似すると、
内接する円柱n個の体積の合計
= π(r(0/n))^2 (h/n) + π(r(1/n))^2 (h/n) + ‥‥ + π(r((n-1)/n))^2 (h/n)
= πr^2 h (1/n^3) (0^2 + 1^2 + ‥‥ + (n-1)^2)
= πr^2 h (1/n^3) (      1^2 + ‥‥ + (n-1)^2)
= πr^2 h (1/n^3) (1/6) (n-1) ((n-1) + 1) (2(n-1) + 1)
= πr^2 h (1/n^3) (1/6) (n - 1) n (2n - 1)
= (1/6)πr^2 h (1 - 1/n) (2 - 1/n)

外接する(円柱の下面が円錐に接する)ように近似すると、
外接する円柱n個の体積の合計
= π(r(1/n))^2 (h/n) + π(r(2/n))^2 (h/n) + ‥‥ + π(r(n/n))^2 (h/n)
= πr^2 h (1/n^3) (1^2 + 2^2 + ‥‥ + n^2)
= πr^2 h (1/n^3) (1/6) n (n + 1) (2n + 1)
= (1/6)πr^2 h (1 + 1/n) (2 + 1/n)

内接する円柱n個の体積の合計 < 円錐の体積 < 外接する円柱n個の体積の合計

  lim[n→∞]内接する円柱n個の体積の合計≦円錐の体積
≦lim[n→∞]外接する円柱n個の体積の合計

  lim[n→∞]((1/6)πr^2 h (1 - 1/n) (2 - 1/n))≦円錐の体積
≦lim[n→∞]((1/6)πr^2 h (1 + 1/n) (2 + 1/n))

             (1/6)πr^2 h (1 -  0 ) (2 -  0 ) ≦円錐の体積
≦           (1/6)πr^2 h (1 +  0 ) (2 +  0 )

             (1/3)πr^2 h                     ≦円錐の体積
≦           (1/3)πr^2 h

円錐の体積 = (1/3)πr^2 h


最新の画像もっと見る