阿基米德是如何借助杠桿原理推導(dǎo)出橢球體的體積的?

? ? ? ??在這個(gè)命題發(fā)布之前,先感謝很多朋友的支持,也感謝不少讀者提出的批評(píng)意見。其中有認(rèn)為我的文章研究還不夠細(xì)致,對(duì)歷史的考據(jù)還不夠嚴(yán)謹(jǐn),要求聲明阿基米德的存在與否還有待證明,還有要求論證古希臘歷史的真實(shí)性不符合歷史發(fā)展規(guī)律,還有要求聲明阿基米德生活在元明時(shí)期。在這里我先聲明,本人并非史學(xué)工作者,對(duì)于官方文獻(xiàn)已經(jīng)認(rèn)可的人物和歷史,我也難以回到古代去考證。古希臘歷史到底是真是假,僅憑推斷是難以斷言的。這一部部古希臘文獻(xiàn)的真?zhèn)涡?,目前它們的存在是客觀事實(shí),到底是不是古希臘時(shí)期的產(chǎn)物,我也無(wú)法回到那個(gè)時(shí)期去考據(jù)。大家大可質(zhì)疑,這沒(méi)有問(wèn)題,但希望不要因?yàn)橘|(zhì)疑,就放棄其中道理和真理的學(xué)習(xí)。這樣刻意貼標(biāo)簽,而致自己或他人放棄科學(xué)與數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)和追求的話,那就于己于人得不償失了。不過(guò),對(duì)于其中要求我做進(jìn)一步的史學(xué)研究的建議,我還是要特別感謝!等我把最近專注的數(shù)學(xué)內(nèi)容做的差不多了,一定抽時(shí)間去做做考據(jù),甚至等疫情過(guò)了,還要到這些國(guó)家實(shí)地考察學(xué)習(xí)。還是言歸正傳。
? ? ? ?在上一個(gè)命題中,阿基米德成功地借助杠桿原理與平面幾何的相似三角形的性質(zhì)和勾股定理,用“窮竭法”完成了球體體積公式的推導(dǎo)。本命題將解決的不是正圓生成的球體體積,而是由橢圓旋轉(zhuǎn)而成的橢球體的體積公式的推導(dǎo)。阿基米德依然采用杠桿原理和《幾何原本》中的平面幾何知識(shí)來(lái)達(dá)成?,F(xiàn)代數(shù)學(xué)中要證明這個(gè)結(jié)論,需要借助微積分來(lái)實(shí)現(xiàn)。而阿基米德只借助杠桿原理和平面幾何的知識(shí)就可以做到,當(dāng)然,用祖暅之的原理也是可以達(dá)成。
? ? ? ? 阿基米德在論證的過(guò)程中,借助了三個(gè)立體圖形,橢球體、橢球體的外接圓柱、橢球體的內(nèi)接圓錐。當(dāng)然,還是要用平面來(lái)切割這三個(gè)立體圖形,用平面幾何的知識(shí),推出這三個(gè)截面之間的數(shù)量關(guān)系,進(jìn)而用“窮竭法”,把這些截面拼接成三個(gè)立體圖形,借助截面間的數(shù)量關(guān)系就可以順勢(shì)推導(dǎo)出立體圖形之間的數(shù)量關(guān)系。最終實(shí)現(xiàn)公式的推出。


? ? ? ??下面我就先把現(xiàn)代的證明方法展示給大家,然后再把阿基米德的方法呈現(xiàn)出來(lái)。


? ? ? ??怎么樣?看到這里是不是覺(jué)得曾經(jīng)大學(xué)學(xué)過(guò)的高數(shù)都還給老師了呢?那還是讓我們看看阿基米德的論證方法吧,估計(jì)大家只要對(duì)初中的相似三角形的性質(zhì),即相似三角形的對(duì)應(yīng)邊成比例還有印象,另外,只要還記得勾股定理,就足夠弄懂他的意思了。在具體的操作中,本命題的方法是用一個(gè)平面截橢圓球體和它的外切圓柱體以及它的內(nèi)接圓錐體,會(huì)生成三個(gè)平面,把這三個(gè)平面中的圓柱體截面放在原位置,它將與另外兩個(gè)截面把他們的重心放在杠桿另一端之后,達(dá)到平衡狀態(tài),從而根據(jù)杠桿原理列出等式,計(jì)算出面積間的比例關(guān)系。再把這種關(guān)系層疊累加成立體圖形,從而得到立體圖形的體積之間的數(shù)量關(guān)系,達(dá)成命題的說(shuō)明。
? ? ? ?下面,就給出命題的翻譯,以及英文原文,請(qǐng)大家指正為盼!



