Math Labs
Định lýĐã chứng minh

Định lý thể tích hình lăng trụ

Phát biểu

Với mọi hình lăng trụ, đứng hay xiên, có diện tích đáy BB và chiều cao hh (khoảng cách vuông góc giữa hai đáy), thể tích bằng V=BhV = Bh.

Vì sao đúng?

Một chồng bài giống hệt nhau có cùng thể tích dù chồng bài thẳng đứng hay bị đẩy nghiêng thành một chồng xiên — chỉ có thiết diện của chồng bài lặp lại, chứ không phải đường viền của nó. Một hình lăng trụ chính xác là một chồng như vậy gồm vô số bản sao mỏng của đáy.

Phác thảo chứng minh

Trước hết xét một lăng trụ đứng, có các cạnh bên vuông góc với đáy. Cắt lăng trụ bằng một mặt phẳng song song với đáy ở độ cao bất kì cho một thiết diện đồng dạng (thực ra là bằng nhau) với chính đáy, diện tích BB. Xếp chồng các thiết diện này từ độ cao 00 đến hh cho thể tích ∫0hB dy=Bh\int_0^h B\,dy = Bh, đúng bằng V=BhV = Bh cho lăng trụ đứng.

Bây giờ xét một lăng trụ xiên bất kì có cùng diện tích đáy BB và cùng chiều cao hh. Đặt nó cạnh một lăng trụ đứng có cùng đáy và chiều cao đó, chung mặt phẳng chứa một đáy. Thiết diện của lăng trụ xiên ở độ cao yy là một bản sao tịnh tiến của đáy (tịnh tiến không làm đổi diện tích), nên nó có diện tích BB, đúng bằng thiết diện của lăng trụ đứng ở cùng độ cao đó.

Theo nguyên lý Cavalieri, vì hai khối có diện tích thiết diện bằng nhau là BB tại mọi độ cao y∈[0,h]y \in [0, h], chúng có thể tích bằng nhau. Vì lăng trụ đứng có thể tích V=BhV = Bh, lăng trụ xiên cũng vậy, chứng minh công thức cho mọi lăng trụ.

Chủ đề chứa định lý này

Chứng minh từng bước

Chưa có chứng minh từng bước cho định lý này.

Tài liệu tham khảo

  1. Euclid; trans. T. L. Heath (1908). Euclid's Elements, Book XII (method of exhaustion; pyramid and prism volumes)
  2. Weisstein, Eric W. (2024). Platonic solid