2022年北京冬奥会标志性场馆--国家速滑馆的设计理念来源于一个冰和速度结合的创意,沿着外墙面由低到高盘旋而成的“冰丝带”,就像速度滑冰运动员高速滑动时留下的一圈圈风驰电掣的轨迹,冰上划痕成丝带,22条“冰丝带”又象征北京2022年冬奥会.其中“冰丝带”呈现出圆形平面、椭圆形平面、马鞍形双曲面三种造型,这种造型富有动感,体现了冰上运动的速度和激情.这三种造型取自于球、椭球、椭圆柱等空间几何体,其设计参数包括曲率、挠率、面积、体积等.对几何图形的面积、体积计算方法的研究在中国数学史上有过辉煌的成就,如《九章算术》中记录了数学家刘徽提出利用牟合方盖的体积来推导球的体积公式,但由于不能计算牟合方盖的体积并没有得出球的体积计算公式.直到200年以后数学家祖冲之、祖暅父子在《缀术》提出祖暅原理:“幂势既同,则积不容异”,才利用牟合方盖的体积推导出球的体积公式.原理的意思是:两个等高的几何体若在所有等高处的水平截面的面积相等,则这两个几何体的体积相等.
(Ⅰ)利用祖暅原理推导半径为R的球的体积公式时,可以构造如图②所示的几何体M,几何体M的底面半径和高都为R,其底面和半球体的底面同在平面α内.设与平面α平行且距离为d的平面β截两个几何体得到两个截面,请在图②中用阴影画出与图①中阴影截面面积相等的图形并给出证明;
(Ⅱ)现将椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)所围成的椭圆面分别绕其长轴、短轴旋转一周后得两个不同的椭球A,B(如图3),类比(Ⅰ)中的方法,探究椭球A的体积公式,并写出椭球A,B的体积之比.
x
2
a
2
+
y
2
b
2
【考点】棱柱、棱锥、棱台的体积;球的体积和表面积.
【答案】(Ⅰ)图形及证明见解析;(Ⅱ)VA=,椭球A,B的体积之比为.
4
3
πa
b
2
b
a
【解答】
【点评】
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:288引用:3难度:0.4
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