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體積
『幾何體的體積』﹝體積,Volume﹞是指幾何體所佔空間的大小。一般簡單的體積﹝如正方體,長方體﹞的計算方法,是人類祖先由長期的實踐活動中總結出的。其中一個令人驚人的例子是距今約四千年前的古埃及數學文獻《莫斯科紙草書》中,已記載了計算正四棱台體積的正確方法。當然那時不可能像現今這樣以符號等式表示,他們只以文字描述。譯成今天的文句是 :『若有人告知你,截棱錐﹝棱台﹞高為6,頂為2,底為4,你要取4的平方,得16;然後把4加倍,得8;再取2的平方,得4;最後把16,8和4相加,得28;取6的三分之一,得2;取28的2倍,得56;這是正確的。』若以現今的符號式表示,則是V=(h/3)(a2+ab+b2)﹝其中a,b,h分別為正四棱台的上、下底邊及高的大小﹞。可惜文獻中並沒提及公式的由來,而且圖形也不夠正確。
體積的計算亦於古希臘的文化中發揚光大,這全幾乎與當時的『原子論』及『窮竭法』有關。阿基米德指出發現『圓錐體的體積等同同底等高的圓柱體體積的三分之一』的是德謨克利特﹝約公元前460─前357﹞,但作出証明的是攸多克薩斯﹝約公元前408─前355﹞。德謨克利特把圓錐體分成不可再分的圓形薄層,但因各層的圓大小不一,使圓錐表面不光滑,令他困惑。而攸多克薩斯以『窮竭法』解決了一批求體積及面積的問題。這全都載於歐幾里得的《幾何原本》中。
此外,阿基米德的球體體積計算公式也是古希臘數學的光輝標誌之一。他還計算出另一些圖形的體積及面積。他的求積術及後更導致17世紀的積分學之產生。
求積術於我國有其獨特的思路,歷史悠久。《九章算術》中《商功》篇便記載了不少卓越的成果。尤其是祖日桓的開立圓術,是我國求積術的高度成就。
自微積分的創立,求積問題已成為微積分的一個課題了。在計算面積時,可通過割補法﹝出入相補法﹞,把一個三角形變成與它等積的矩形。從而推導出三角形面積相等於同底同高的矩形面積一半的結論。那麼,我們能否以相同的方法來推導同底同高的三棱錐體積是對應三棱柱體積的三分之一呢?希爾伯特認為結論是否定的。他把它列入了著名的23個問題之3,德思﹝M. Dehn,1878─1952﹞於1900年便証明了這個命題。他証明了兩個多面體若能分割成若干個彼此重合的多面體,單有等積是不夠,必須滿足一定的條件﹝德恩條件﹞。瑞士數學家西德勒於1965年証明了德恩條件也是充分的。