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 パップス・ギュルダンの定理

↓パップス・ギュルダンの定理の存在を,この本で知りました。

目次
1.パップス・ギュルダンの定理
2.トーラスの体積・表面積
3.球の表面積
4.球の体積

2.トーラスの体積・表面積

 右の図のような,「トーラス」という立体の体積や表面積を求めてみましょう。


 「トーラス」は,右の図のように,軸のまわりを円が1まわりすることによってできる立体です。

 ここで,軸から円の中心までのきょりをア,円の半径をイとします。
 まず,パップス・ギュルダンの定理を利用して,このトーラスの体積を求めてみましょう。

パップス・ギュルダンの定理

回転体の体積 = 回転させたい図形の面積 × 重心が動いた長さ

 回転させたいのは半径がアの円ですから,その面積は,

 ア×ア×3.14

 で求めることができます。

 また,この立体の重心は,もちろん円の中心ですから,重心が動いた長さは,半径がアの円周になり,

 イ×2×3.14

 となります。

 よって,このトーラスの体積は,

 ア×ア×3.14×イ×2×3.14

 となります。整理して,

 ア×ア×イ×3.14×3.14

 となるのです。

 円周率がダブッているところが,めずらしいですね。

 次に,このトーラスの表面積を求めます。

 表面積は,

パップス・ギュルダンの定理

回転体の表面積 = 回転させたい図形のまわりの長さ × 重心が動いた長さ
 となります。

 回転させたい図形のまわりの長さは半径イの円周のことですから,

 ア×2×3.14

です。
 また,重心の動いた長さは,体積で求めたときと同じく,

 イ×2×3.14

 となります。

 よって,このトーラスの表面積は,

 ア×2×3.14×イ×2×3.14

 となります。整理して,

 ア×イ×4×3.14×3.14

 となります。

 トーラスの体積と表面積は,ふつう,高校数学で習う「積分」という考え方で求めるのです。
 (高校の数学の教科書には載っていないと思いますが。)
 パップス・ギュルダンの定理を使えば,こんなに簡単に,ラクに求めることができるのです。


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