Archimedes (287BC--212BC)

阿基米德交代家人,在他的墓碑上雕刻一個圓球和它的外接圓柱體, 並且在圖形內刻出它們體積的比例。 今天,隨便問一個中學生,大概都可以回答這個問題。 如果球半徑是 rPi 代表圓周率, 則球體積是 (4/3)r3Pi, 外接圓柱體體積是 2r3Pi。 所以知道球體積是外接圓柱體體積的三分之二。 但是,仔細想想,球體積的公式怎麼來的呢?

如果您仔細地想,可能除了在微積分課程裡面學過球體積公式的推導之外, 您從來不曾學過,球體積的公式是怎麼來的? 而阿基米德自認非常得意,以至於要刻在墓碑上的這個結果: 球體積是外接圓柱體體積的三分之二, 其實就是球體積公式的來源。 現在我們倒果為因,利用公式再去求兩個體積的比例,當然是有了後見之明, 所以覺得簡單囉!

阿基米德怎麼發現這個比例關係的呢?據說故事是這樣的: 考慮兩個半徑為 r 高為 2r 的圓柱體, 一個半徑為 r 的球,一個半徑和高都為 2r 的圓錐體。 阿基米德發現,如果密度相同 (比如說都是同一種木頭製造的), 則如果在天平的一端放兩個圓柱體,另一端放球及圓錐體,會達到平衡。 因為密度相同,所以就表示天平兩端的體積一樣。 當時已經知道圓錐體體積是同底同高之圓柱體體積的三分之一。 因此,兩個圓柱體體積減去圓錐體體積,就是球的體積。 這樣就可以推導,球體積是圓柱體體積的三分之二。 物理的平衡現象提供了動機,而後阿基米德又使用了他的切片方法, 證明了這個結果。

天平圖形


Created: Dec 3, 1998
Last Revised: Dec 3, 1998
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