“割补法”求解不规则几何体体积
我们通常把不是棱柱、棱锥、棱台和圆柱、圆锥、圆台等的几何体,称为不规则几何体.而解决不规则几何体的方法,常用割补法,即通过分割或补形,将它变成规则的几何体.我们可以从不规则几何体的来源上,即它是由何种常见的几何体所截得的来分类.
一、来自三棱柱的截体
例1 如图1,正四面体A BC D -中,E F G H ,,,分别是棱
A B A C B D C D ,,,的中点,求证:平面EFH G 把正四面体分割成
的两部分几何体的体积相等.
分析:显然正四面体被分割成的两部分都是不规则的几何体,
因此我们可使用割补法来推导.那么我们应选择割,还是补呢?
如果选择补,那么补成什么样子呢?显然只能是正四面体,这就
说明我们应该选择割.
证明:连结C E C G A G A H ,,,,左右两个不规则几何体都被分割成了一个四棱锥和一个三棱锥,如图1.易证左右的两个四棱锥的体积相等,两个三棱锥的体积也相等,于是两部分体积相等.
当然此题还有其他的分割方法,比如分成一个三棱柱和一个三棱锥等,也同样好证.
二、来自正方体的截体
例2 如图2,已知多面体ABC D EFG -中,A B A C A D ,,两两互相垂
直,平面ABC ∥平面D E F G ,平面BEF ∥平面A D G C ,
2AB AD D C ===,1AC EF ==,则该多面体的体积为( )
A.2 B.4 C.6 D.8
解法一(割):如图3,过点C 作C H D G ⊥于H ,连结EH ,这样就
把多面体分割成一个直三棱柱D EH ABC -和一个斜三棱柱BEF C H G -.
于是所求几何体的体积为:
DEH BEF V S AD S DE =⨯+⨯△△11212212422⎛⎫⎛⎫=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭. 解法二(补):如图4,将多面体补成棱长为2的正方体,那么显然
所求的多面体的体积即为该正方体体积的一半. 于是所求几何体的体积为31242V =
⨯=.
三、来自圆柱的截体
例3 如图5,如图5,一圆柱被一平面所截,已知被截后几何体的
最长侧面母线长为4,最短侧面母线长为1,且圆柱底面半径长为2,则
该几何体的体积等于_______.
解法一(割):如图6,该几何体的体积等于下面的圆柱的体积与上
面的圆柱体积的一半之和.下面的圆柱的高就是该几何体的最短侧面母线长
1,而上面的圆柱的高为3. 于是所求几何体的体积为221
π212310π2V =⨯⨯+⨯⨯⨯=.
解法二(补):如图7,将一个与已知的几何体完全相同的几何体,与
已知的几何体拼在一起组成一个高为5的完整圆柱,那么
所求几何体的体积就是这个大圆柱体积的一半.于是
21
π2510π2V =⨯⨯⨯=.
例1、
已知三棱锥的两个侧面都是边长为 的等边三角形,另一个侧面是等腰直角三角形。
求此三棱锥的体积
提示:设三棱锥S-ABC ,侧面SAC 、SBC 为等边三角形,边长为 ,SA ⊥SB 。
取SA 中点E ,AB 中点F ,连接AE 、BE 、EF 。
可证得:SC ⊥平面ABE 。
利用:
VS-ABC=VS-ABE+VC-ABE 得三棱锥体积。
法二:取AB 中点D ,连接SD ,CD 。
易得△ABC
为等腰直角三角形,∠ACB=90o 。
则有SD ⊥AB ,
CD ⊥AB 。
又SA=SB=SC ,∴S 在底面的射影为底
面的外心,即点D ,∴SD ⊥平面ABC 。
∴由VS-ABC= S △ABC •SD 得三棱锥体积。
例1.如图,有一轴截面为正三角形的圆锥形容器,内部盛水高度
为h ,放入一个小球后,水面恰好与球相切,求球的半径。
R
2R h V 1 V 2
V 2=V 1+V 球
6。