内容概述
阿基米德在《论球与柱》中证明:内接于半径 r、高 2r 的圆柱中的半径 r 的球,其体积和表面积都正好是外接圆柱的三分之二,他对此深感自豪并遗言在墓碑上刻一个内接于圆柱的球。马塞卢斯攻陷叙拉古后,怀着敬意厚葬了他并满足了这桩心愿。公元前 75 年,罗马检察官西塞罗到西西里巡视时发现叙拉古人早已忘了阿基米德墓,他费尽气力在 Achradmae 门内的荆棘丛中找到一根小石柱,上面仍刻着那个内接的球。西塞罗命人清理墓地、加固修葺;然而他的崇敬未能延续,今天阿基米德墓已荡然无存。
中文正文
79° 阿基米德之墓
阿基米德在他《论球与柱》中建立了我们今天计算球体体积和面积的公式。基本图形是内接在半径 r、高 2r 的正圆柱体中的半径 r 的球(图 9)。阿基米德证明,球的体积正好等于外接圆柱体积的三分之二,球的面积正好也等于圆柱表面积的三分之二。阿基米德当然为这些发现感到自豪,还立下一个遗愿,在他的墓碑上刻一个内接在圆柱里的球。当马塞卢斯怀着崇敬厚葬阿基米德时,特别吩咐要了却他的心愿。
多年以后,公元前 75 年,西塞罗(Cicero)到西西里做罗马检察官。他打听阿基米德的墓,可令他惊讶的是,叙拉古人一无所知,甚至说根本就没有什么墓。西塞罗费了很大气力,小心巡遍了 Achradmae 门的所有墓碑。最后,他找到一个小石柱,孤零零立在荆棘灌木丛中,上面刻着内接在圆柱里的球。于是,那位最伟大的叙拉古人的墓,在人们遗忘多年之后重现了。西塞罗让人用镰刀清除了墓地的杂草灌木,下令重修墓地,还原旧观。我们不知道西塞罗的崇敬延续了多久;今天,阿基米德墓已经荡然无存了。
英文正文
In his work On the Sphere and Cylinder, Archimedes established what are tantamount to our present-day formulas for the volume and the area of a sphere. The basic figure of the work is a sphere of radius r inscribed in a right circular cylinder of radius r and height 2r (see Figure 9). Archimedes showed that the volume of the sphere is exactly two thirds of the volume of the circumscribed cylinder, and the area of the sphere is exactly two thirds of the total area of the circumscribed cylinder. Archimedes was justly proud of these discoveries and expressed a wish that a figure showing a sphere with a circumscribed cylinder (like Figure 9) be engraved on his tombstone. When, with great honor and veneration, Marcellus buried the famous mathematician, he saw to it that Archimedes' request was carried out.
Many years later, in 75 b.c., when Cicero was serving as Roman quaestor in Sicily, he inquired as to the whereabouts of Archimedes' tomb. To his surprise, the Syracusans knew nothing of it and even denied that any such thing existed. With considerable effort and care he examined all the monuments at the Achradmae gate. Finally he noticed a small column, standing out a little above overgrown briars and shrubs, with the figure of a sphere and circumscribed cylinder upon it. Thus the long-neglected and forgotten tomb of the greatest of all Syracusans was rediscovered. Cicero had men with scythes clear the brush away, and then he left orders that the surrounding grounds be restored and preserved. How long this respect was kept up we do not know; today the tomb has completely vanished.
相关题目
- 题目:
- 提示:
- 解答或证明:
我们可以从故事中思考什么
- 为什么阿基米德会把“球内接于圆柱”视为自己最骄傲的发现?
- 一个几何定理为何能跨越两千年,成为辨识一座古墓的标记?
- 西塞罗为何要寻找并修复阿基米德墓?这体现了古人怎样的学术敬意?
核心知识点讲解:球与圆柱的体积、表面积关系
选择理由
故事直接建立在这一几何事实之上:半径为 r 的球,其体积与表面积分别是外接圆柱(半径 r、高 2r)体积与表面积的三分之二。它是阿基米德本人最引以为傲的定理,也是墓碑上的标志。
概念介绍
半径为 r 的球,体积公式为 V = (4/3)πr³,表面积公式为 S = 4πr²。外接于该球的正圆柱底面半径为 r、高为 2r,因此圆柱体积为 2πr³,表面积(含上下底)为 6πr²。
具体内容
- 球体积 / 圆柱体积 = (4/3)πr³ : 2πr³ = 2 : 3。
- 球表面积 / 圆柱表面积 = 4πr² : 6πr² = 2 : 3。
- 阿基米德在《论球与柱》中严格证明了这两个比例。
应用场景
该关系在机械零件设计、球体储罐容积估算、天体模型近似计算中都有体现。
与生活的联系
球形的皮球、篮球、地球模型,都可以借助圆柱或长方体容器的水量置换来估算体积,体会古人“化球为柱”的思想。
主要思想方法与延伸讨论
主要思想方法
- 比例化归:把球的几何量表示为已知圆柱几何量的固定比例。
- 数学纪念:用图形定理作为个人学术身份的永恒标识。
延伸讨论
- 阿基米德如何证明球体积公式?可通过“穷竭法”或现代积分方法理解。
- 墓碑上的几何图形为何比文字更能跨越语言与时代?