卡瓦列裡(Bonaventura Cavalieri,1598~1674)在其《用新的方法促進連續不可分量的幾何學》一書中提出的不可分量原理,是從古希臘「窮竭法」向近代積分論的過度,卡瓦列裡模糊的不可分量概念對牛頓的「流數」和「萊布尼茲」的「微分」也不無啟發。事實上,《不可分量的幾何學》在出版後多年中,處阿基米德著作外,是數學家們研究幾何中無限小問題引用最多的一本書,對微積分的建立有重要影響。
卡瓦列裡出生於義大利米蘭,卒于波倫亞,是一個耶穌會教士,也是伽利略(1564~1642)的學生,1629年起任波倫亞大學數學教授。《用新的方法促進連續不可分量的幾何學》就是他為應聘該教職而提交的著作,以下是關於不可分量原理的論述。摘自該書第7卷,
如果兩個平面圖形夾在同一對平行線之間,並且被任何與這兩條平行線保持等距的直線截得的線段都相等,則這兩個圖形的面積相等。類似地,如果兩個立體圖形夾在同一對平行平面之間,並且被任何與這兩個平行平面保持等距的平面截得的截面都相等,則這兩個立體圖形的體積相等。
在沒有代數和微積分的時代,卡瓦列裡用了非常複雜的幾何原理來描述來證明這個定理,苦澀難懂。我們在此不做過多的贅述,我們就用現代的微積分來闡述這個定理:
學過數學分析的朋友都知道定積分應用中簡單的體積計算:已知從x=a,到x=b橫截面積A(X)的立體,如果A(X)可積,那麼它們的體積A從a到b的積分
則上述的卡瓦列裡原理的現代版就是:
因為對這兩個立體來說橫截面積函數A(X) 和區間(a,b)是相同的。
卡瓦列裡原理最有名的應用就是求球的體積,可謂最直觀最簡潔。
這裡用一個其中一個邊是2πr,底面是r的正方形 組成的四稜錐,來作為和半圓等高的圖形,然後用一平面截取半圓和這個四稜錐,截取的梯形面積正好等於所截取的圓的面積,就可以得到圓的體積。