立体几何众所周知:绿叶上的露水呈
数学表述为“相同体积的几何体,以球体的表面积最小”
以下以长方体,正方体,圆柱,球体这4种几何体作比较
(1)
长方体棱长为x,y,z,则表面积S1=2(xy+yz+zx),体积V1=xyz
正方体棱长为a,则表面积S2=6a²,体积V2=a³
如果S2=S1--->3a² = xy+yz+zx ≥ 3*³√(xyyzzx)
--->a^6 ≥ x²y²z² --->a³≥xyz,即:V2≥V1
相反,如果体积V相等,则表面积S2≤S1
(2)
圆柱的底面半径为r,高为h,则表面积S=2πr(r+h)...全部
数学表述为“相同体积的几何体,以球体的表面积最小”
以下以长方体,正方体,圆柱,球体这4种几何体作比较
(1)
长方体棱长为x,y,z,则表面积S1=2(xy+yz+zx),体积V1=xyz
正方体棱长为a,则表面积S2=6a²,体积V2=a³
如果S2=S1--->3a² = xy+yz+zx ≥ 3*³√(xyyzzx)
--->a^6 ≥ x²y²z² --->a³≥xyz,即:V2≥V1
相反,如果体积V相等,则表面积S2≤S1
(2)
圆柱的底面半径为r,高为h,则表面积S=2πr(r+h),体积V=πr²h
--->h=V/πr²
--->S=2πr(r+V/πr²)=2πr²+2V/r=2πr²+V/r+V/r≥3*³√(2πV²)
即:圆柱体积一定时,在2πr²=V/r=πrh即h=2r时表面积最小
如果圆柱与正方形体积V相等
则:圆柱表面积S的最小值S3 = 3*³√(2πV²)
正方体的表面积S2 = 6a² = 6*³√(V²) = 3*³√(8V²)>S3
--->正方体,长方体,圆柱体积相等时,
则圆柱的表面积最小,其次是正方体,长方体最大(S3<S2≤S1)
(3)如果球体与圆柱体的体积V相等
则:圆柱的表面积S的最小值S3 = 3*³√(2πV²)
球体的体积 V = (4π/3)R³--->R = ³√[3V/4π]
球表面积S4=4πR²=4π*³√[9V²/16π²]=3*³√[(4π/3)V²]<S3
--->长方体,正方体,圆柱,球体体积相等时,
则球体表面积最小,依次是圆柱、正方体,长方体(S4<S3<S2≤S1)。
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