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三棱锥体积为什么是三棱柱的三分之一?

三棱锥体积为什么是三棱柱的三分之一?

在学校里,我们学习过棱柱和棱锥这些立体几何图形,其中也包括它们体积的计算公式。我们都知道,一个棱锥的体积是同底等高的棱柱的体积的三分之一。但是,为什么是三分之一呢?而不是二分之一、四分之一,或者是其他的什么分之一呢?今天,我们就来探讨一下这个问题的答案。

三棱柱ABC-DEF的构造

首先,我们画一个三棱柱ABC-DEF,注意,这个三棱柱不要求是直的,也不要求是正的。也就是说,它的侧棱不一定与底面垂直,底面也不一定是正三角形。这样的三棱柱,它的上、下底面是全等的三角形,并且经平移可以互相重叠;它的三个侧面都是平行四边形。

连接DB和DC

接下来,我们连接DB和DC。于是,D-ABC就变成了一个与三棱柱同底等高的三棱锥。我们要证明的是,这个三棱锥的体积是三棱柱体积的三分之一。

三棱柱的分割

于是,三棱柱ABC-DEF就被分割成了两部分:三棱锥D-ABC和四棱锥D-CBEF。注意,我们在表示一个棱锥时,是把锥顶字母写在前面,后面画一短杠,再接着写表示底面的字母。

四棱锥的分割

接下来,我们连接BF,即四棱锥D-CBEF底面平行四边形CBEF的对角线。于是,四棱锥D-CBEF可以看成是由两个三棱锥构成的:D-CBF和D-BEF。因为它们有相同面积的底面CBF和BEF,并且等高,所以体积相等。

证明方法一

方法一:把三棱锥D-BEF写成B-DEF,就相当于我们以B为顶点以DEF为底面,于是,显然,三棱锥B-DEF与三棱锥D-ABC因等底等高而体积相等。

证明方法二

方法二:把三棱锥D-CBF写成B-CDF,而B-CDF与B-ACD(即D-ABC)等底等高,体积相等。最终,我们证明了这个三棱柱被分成的三个三棱锥的体积相等,而其中一个就是与三棱柱同底等高的三棱柱,所以,我们最终就证明了一个三棱锥的体积等于同底等高三棱柱的体积的三分之一。

小结

最后需要说明的是,任意棱锥的体积等于同底等高的棱柱的体积的三分之一,是因为我们可以把棱锥分割成一个个的三棱锥。把它们加起来即可。

苏承栈

我是极星编程网的苏承栈,今天和大家探讨了三棱锥体积为什么是三棱柱的三分之一的问题。如果你对立体几何或者其他编程问题有疑问,欢迎关注极星编程网,了解更多内容。

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