为什么圆的面积的导数等于周长球的的体积的导数等于其表面积|第四届数学文化征文

本文为“2022年第四届数学文化征文活动

为什么圆的面积的导数等于周长?球的的体积的导数等于其表面积?

作者 : 李照

作品编号:061

圆的面积函数是

周长函数是

这二者的关系可以通过导数联系起来

简而言之就是圆的面积的导数等于周长,为什么会这样呢?当半径增加时面积就增加——这可以视为增加了的圆环的面积,比较小的时候,增加的圆环的面积就近似等于长为宽为的矩形的面积。在求面积相对于半径的导数的时,要计算的是的极限,而,并且显然越小和就越接近,所以求在情况下的极限得到的就是半径为的圆的周长。

对于球体的体积和表面积也有类似的结论。球的体积函数是

表面积函数是

这二者的关系可以通过导数联系起来

简而言之就是球的体积的导数等于表面积,为何如此?当球体半径增加时体积就增加——这可以视为增加了的球壳的体积,比较小的时候,增加的球壳体积就近似等于底为高为的柱体的体积。在求体积相对于半径的导数的时,要计算的是的极限,而,并且显然越小和就越接近,所以求在情况下的极限得到的就是半径为的球的表面积。

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001 阅读《数学的故事》有感

002 我想和数学谈场恋爱

003 数学“化错”中的美

004 让数学思考成为数学课堂的主旋律

005 卢梭的“错”?

006 数学教学案例《找次品》

007 基于优化学生数学思维的高效课堂创建——以等腰三角形的判定一课为例

008 从特殊到一般,引导数学思维

009 数学文化融入家庭教育的研究

010 sin 震荡函数的图像分析

011 四阶幻方的“太极图”性质

012 无理数的定义和实数理论的建立

013 一个容易被忽视的问题——数学文化

014 “双减”背景下初中数学学科的合作学习方式探究

015 中学数学德育渗透的方法与路径

016 《数学的力量》读后感

017 基于数学文化的单元统整教学设计——以“圆的认识与面积”教学为例

018 有助于数的理解的数字圈环

019 以折叠为例,探究生长型数学教学模式

020 我从事数学科普写作的经验与启示

021 在阅读中滋长智慧——读《教育智慧从哪里来》有感

022 学习数学史 做数学的使者

023 开数学文化之窗 启数学文化魅力——阅读《美丽的数学》有感

024 “文学独白”——数学教学因你而精彩

025 如何用多面体三等分正方体

026 HPM视角下《圆的周长》教学设计

027 被误解的“勾股定理”

028 好玩的数学

029 帮小青蛙设计一个井

030 万物的基础——数学——读《从一到无穷大》有感

031 读《孙子算经》鸡兔同笼问题有感

032 HPM视角下高中数学多样化作业的设计

033 攀越高峰的领路人——数学文化

034 我的好兄弟:数学

035 细嗅数学文化之香

036 藤蔓的喜悦

037 物理力学中数学的影子

038 复数外传

039 函数的历史和发展

040 数学文化与我

041 数学之趣

042 探索数学知识背后的秘密

043 数学文化和我的数学学习

044 古代算数几何形体——阳马与鳖臑

045 数学文化与我的数学学习

046 我与数学文化

047 “形象”的数学

048 站在巨人的肩膀上学习数学

049 从数学文化和个人影响的角度剖析对数的历史

050 论数学文化

051 我与数学文化

052 正弦定理的源起与应用

053 数学文化融入初中数学教学的实践与思考

054 给数字爱好者的1个全新的0至9数字思考挑战及应用问题

056 奇妙的规律

057 生活中的“家常便饭”——数的表示方法

058 读《黄东坡智慧大讲堂——带你发现数学之美》有感

059 通识教育视角下初中数学思维培养从直观向抽象过渡的研究

060 读《古今数学思想》有感

为什么圆的面积的导数等于周长球的的体积的导数等于其表面积|第四届数学文化征文

为什么圆的面积导数为周长,球体积导数为

S=πr,在极坐标中求导得2πr,即使周长,几何意义为圆上某点的切线斜率等于该点横坐标除以该点与圆心连线与x轴所成夹角的余弦值
V=(4/3)πr,在极坐标中求导得4πr,即球体表面积,几何意义将4πr转换成直角坐标系可直观得到

为什么圆的面积的导数等于周长球的的体积的导数等于其表面积|第四届数学文化征文

球体积导数为什么是球表面积

在形式上:球的体积的导数 = 球的表面
圆的面积的导数 = 圆的周长
圆的周长的导数 = 整个圆的圆周角
在意义上:球的体积的导数 ≠ 球的表面
圆的面积的导数 ≠ 圆的周长
圆的周长的导数 ≠ 整个圆的圆周角
【形式上的巧合只是偶然的,意义上不同是必然的】
因为圆是最特别的图形:
圆的周长 = ∑小扇形的弧长
= ∑圆的半径×小扇形的弧度
= ∑圆的半径×Δθ
= R∑Δθ
= 2πR
=∫Rdθ
= 2πR
圆的面积 = ∑小圆环的周长×小圆环的宽度
= ∑2πr×Δr
=∫2πrdr
= πR²
球的体积 = ∑小球壳的面积×小球壳的厚度
= ∑4πr²×Δr
=∫4πr²dr
= 4πR³/3
这些都是积分基本思想、基本方法.
就是:【分割、求和、取极限(过渡到积分)】
导数是指空间变化率:
如果球体的半径在变,对半径的求导的意义是:
【半径每变化一个单位所引起的球体体积大小的变化】
★ 它在大小的量值上正好等于球表面的面积.
★ 圆的面积、周长的解释完全类似.
★ 这是巧合,对于椭圆(球)、三角形、正方形、立方体、、、、都不成立!
作为趣味归类,OK;
作为方法归类,NA = Not Applicable.
圆只是Special Case.Not common sense.

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