不需要考虑要测量的树干更接近于圆柱、圆锥还是圆台就可以计算出体积的近似值的万能公式还真的存在,而且这个公式不仅仅适用于圆柱、圆锥和圆台,还适用于各种棱柱、棱锥和棱台,甚至是球,这个公式就是著名的辛普森公式:
在这个公式中,h表示立体的高度;
b 1 表示下底面积;
b 2 表示中间截面面积(在一半高度上的截面面积);
b 3 表示上底面积。
这个万能公式是否真的像前面提到的那样,适用于圆柱、圆锥、圆台、棱柱、棱锥、棱台和球?接下来我们来证明一下。
证明的方法也比较简单,只需要将这个公式逐一应用到上述提到的几何体。为了方便,将它们分成四组,圆柱和棱柱统一为锥体,圆锥和棱锥统一为锥体,圆台为一组,球为一组。
我们先将这个公式运用到柱体中,也就是棱柱和圆柱,如图17a,我们已知b1=b2=b3,我们将之代入到公式中,可以得到:
公式中,棱柱和圆柱的面积=底面积乘以高。
17a
棱锥和圆锥的体积,如图17b,我们已知b 1 =4b 2 ,b 3 =0,我们将之代入到公式中,可以得到:
公式中,棱锥和圆锥的面积=等底等高的棱柱、圆柱体积的1/3。
17b
圆台的体积,如图17c,我们可得:
17c
球的体积,如图17d,我们可得:
17d
图17 可以用同一公式求出体积的几种几何体
这里要思考一个问题,这个万能公式是否只适用于柱体、锥体、圆台以及球?适不适用于计算平面图形的面积,比如平行四边形、梯形、三角形?
答案是完全可以,只要将公式中的字母稍微改变一下,变成:
h表示高度,
b 1 表示下底长度,
b 2 表示中间线长度,
b 3 表示上底长度。
如何证明这一点呢?
将公式 应用到上述的平面图形上,对于平行四边形,如图18a,我们可得:
图18 万能公式适用于这些图形的面积计算
你看,这个公式能够被称为万能公式,不是没有原因的。这个万能公式,一定要记住。