Раздел математики, занимающийся изучением свойств различных фигур (точек, линий, углов, двумерных и трехмерных объектов), их размеров и взаимного расположения. Для удобства преподавания геометрию подразделяют на планиметрию и стереометрию. В… … Энциклопедия Кольера
Геометрия пространств размерности, большей трех; термин применяется к тем пространствам, геометрия к рых была первоначально развита для случая трех измерений и только потом обобщена на число измерений n>3, прежде всего евклидово пространство,… … Математическая энциклопедия
N мерная евклидова геометрия обобщение евклидовой геометрии на пространство большего числа измерений. Хотя физическое пространство является трёхмерным, и человеческие органы чувств рассчитаны на восприятие трёх измерений, N мерная… … Википедия
У этого термина существуют и другие значения, см. Пирамидацу (значения). Достоверность этого раздела статьи поставлена под сомнение. Необходимо проверить точность фактов, изложенных в этом разделе. На странице обcуждения могут быть пояснения … Википедия
- (Constructive Solid Geometry, CSG) технология, используемая в моделировании твёрдых тел. Конструктивная блочная геометрия зачастую, но не всегда, является способом моделирования в трёхмерной графике и САПР. Она позволяет создать сложную сцену или … Википедия
Конструктивная блочная геометрия (Constructive Solid Geometry, CSG) технология, используемая в моделировании твёрдых тел. Конструктивная блочная геометрия зачастую, но не всегда, является способом моделирования в трёхмерной графике и САПР. Она… … Википедия
У этого термина существуют и другие значения, см. Объём (значения). Объём это аддитивная функция от множества (мера), характеризующая вместимость области пространства, которую оно занимает. Изначально возникло и применялось без строгого… … Википедия
Куб Тип Правильный многогранник Грань квадрат Вершин Рёбер Граней … Википедия
Объём это аддитивная функция от множества (мера), характеризующая вместимость области пространства, которую оно занимает. Изначально возникло и применялось без строгого определения в отношении трёхмерных тел трёхмерного евклидова пространства.… … Википедия
Часть пространства, ограниченная совокупностью конечного числа плоских многоугольников (см. ГЕОМЕТРИЯ), соединенных таким образом, что каждая сторона любого многоугольника является стороной ровно одного другого многоугольника (называемого… … Энциклопедия Кольера
Лекция: Призма, её основания, боковые рёбра, высота, боковая поверхность; прямая призма; правильная призма
Призма
Если Вы вместе с нами выучили плоские фигуры из прошлых вопросов, значит, полностью готовы к изучению объемных фигур. Первое объемное тело, которое мы выучим, будет призма.
Призма – это объемное тело, которое имеет большое количество граней.
Данная фигура имеет в основаниях два многоугольника, которые расположены в параллельных плоскостях, а все боковые грани имеют форму параллелограмма.
Рис 1. Рис. 2
Итак, давайте разберемся, из чего состоит призма. Для этого обратите внимание на Рис.1
Как уже говорилось ранее, у призмы есть два основания, которые параллельны друг другу – это пятиугольники ABCEF и GMNJK. Более того, данные многоугольники равны между собой.
Все остальные грани призмы называются боковыми гранями – они состоят из параллелограммов. Например, BMNC, AGKF, FKJE и т.д.
Общая поверхность всех боковых граней называется боковой поверхностью .
Каждая пара соседних граней имеет общую сторону. Такая общая сторона называется ребром. Например МВ, СЕ, АВ и т.д.
Если верхнее и нижнее основание призмы соединить перпендикуляром, то он будет называться высотой призмы. На рисунке высота отмечена, как прямая ОО 1 .
Существует две основных разновидности призмы: наклонная и прямая.
Если боковые ребра призмы не являются перпендикулярными к основаниям, то такая призма называется наклонной .
Если все ребра призмы перпендикулярны к основаниям, то такая призма называется прямой .
Если в основаниях призмы лежат правильные многоугольники (те, у которых стороны равны), то такая призма называется правильной .
Если основания у призмы не параллельны друг другу, то такая призма будет называться усеченной.
Её Вы можете наблюдать на Рис.2
Формулы для нахождения объема, площади призмы
Существует три основных формулы нахождения объема. Отличаются они друг от друга применением:
Аналогичные формулы для нахождения площади поверхности призмы:
Призма является геометрической объемной фигурой, характеристики и свойства которой изучают в старших классах школ. Как правило, при ее изучении рассматривают такие величины, как объем и площадь поверхности. В данной же статье раскроем несколько иной вопрос: приведем методику определения длины диагоналей призмы на примере четырехугольной фигуры.
Какая фигура называется призмой?
В геометрии дается следующее определение призме: это объемная фигура, ограниченная двумя многоугольными одинаковыми сторонами, которые параллельны друг другу, и некоторым числом параллелограммов. Рисунок ниже показывает пример призмы, соответствующий данному определению.
Мы видим, что два красных пятиугольника равны друг другу и находятся в двух параллельных плоскостях. Пять розовых параллелограммов соединяют эти пятиугольники в цельный объект - призму. Два пятиугольника называются основаниями фигуры, а ее параллелограммы - это боковые грани.
Призмы бывают прямые и наклонные, которые также называют прямоугольными и косоугольными. Разница между ними заключается в углах между основанием и боковыми гранями. Для прямоугольной призмы все эти углы равны 90 o .
По количеству сторон или вершин многоугольника в основании говорят о призмах треугольных, пятиугольных, четырехугольных и так далее. Причем если этот многоугольник является правильным, а сама призма прямой, то такую фигуру называют правильной.
Приведенная на предыдущем рисунке призма является пятиугольной наклонной. Ниже же изображена пятиугольная прямая призма, которая является правильной.
Все вычисления, включая методику определения диагоналей призмы, удобно выполнять именно для правильных фигур.
Какие элементы характеризуют призму?
Элементами фигуры называют составные части, которые ее образуют. Конкретно для призмы можно выделить три главных типа элементов:
- вершины;
- грани или стороны;
- ребра.
Гранями считаются основания и боковые плоскости, представляющие параллелограммы в общем случае. В призме всегда каждая сторона относится к одному из двух типов: либо это многоугольник, либо параллелограмм.
Ребра призмы - это те отрезки, которые ограничивают каждую сторону фигуры. Как и грани, ребра также бывают двух типов: принадлежащие основанию и боковой поверхности или относящиеся только к боковой поверхности. Первых всегда в два раза больше, чем вторых, независимо от вида призмы.
Вершины - это точки пересечения трех ребер призмы, два из которых лежат в плоскости основания, а третье - принадлежит двум боковым граням. Все вершины призмы находятся в плоскостях оснований фигуры.
Числа описанных элементов связаны в единое равенство, имеющее следующий вид:
Р = В + С - 2.
Здесь Р - количество ребер, В - вершин, С - сторон. Это равенство называется теоремой Эйлера для полиэдра.
На рисунке показана треугольная правильная призма. Каждый может посчитать, что она имеет 6 вершин, 5 сторон и 9 ребер. Эти цифры согласуются с теоремой Эйлера.
Диагонали призмы
После таких свойств, как объем и площадь поверхности, в задачах по геометрии часто встречается информация о длине той или иной диагонали рассматриваемой фигуры, которая либо дана, либо ее нужно найти по другим известным параметрам. Рассмотрим, какие бывают диагонали у призмы.
Все диагонали можно разделить на два типа:
- Лежащие в плоскости граней. Они соединяют несоседние вершины либо многоугольника в основании призмы, либо параллелограмма боковой поверхности. Значение длин таких диагоналей определяется, исходя из знания длин соответствующих ребер и углов между ними. Для определения диагоналей параллелограммов всегда используются свойства треугольников.
- Лежащие внутри объема призмы. Эти диагонали соединяют неоднотипные вершины двух оснований. Эти диагонали оказываются полностью внутри фигуры. Их длины рассчитать несколько сложнее, чем для предыдущего типа. Методика расчета предполагает учет длин ребер и основания, и параллелограммов. Для прямых и правильных призм расчет является относительно простым, поскольку он осуществляется с использованием теоремы Пифагора и свойств тригонометрических функций.
Диагонали сторон четырехугольной прямой призмы
На рисунке выше изображены четыре одинаковые прямые призмы, и даны параметры их ребер. На призмах Diagonal A, Diagonal B и Diagonal C штриховой красной линией изображены диагонали трех разных граней. Поскольку призма является прямой с высотой 5 см, а ее основание представлено прямоугольником со сторонами 3 см и 2 см, то отыскать отмеченные диагонали не представляет никакого труда. Для этого необходимо воспользоваться теоремой Пифагора.
Длина диагонали основания призмы (Diagonal A) равна:
D A = √(3 2 +2 2) = √13 ≈ 3,606 см.
Для боковой грани призмы диагональ равна (см. Diagonal B):
D B = √(3 2 +5 2) = √34 ≈ 5,831 см.
Наконец, длина еще одной боковой диагонали равна (см. Diagonal C):
D С = √(2 2 +5 2) = √29 ≈ 5,385 см.
Длина внутренней диагонали
Теперь рассчитаем длину диагонали четырехугольной призмы, которая изображена на предыдущем рисунке (Diagonal D). Сделать это не так сложно, если заметить, что она является гипотенузой треугольника, в котором катетами будут высота призмы (5 см) и диагональ D A , изображенная на рисунке вверху слева (Diagonal A). Тогда получаем:
D D = √(D A 2 +5 2) = √(2 2 +3 2 +5 2) = √38 ≈ 6,164 см.
Правильная призма четырехугольная
Диагональ правильной призмы, основанием которой является квадрат, рассчитывается аналогичным образом, как и в приведенном выше примере. Соответствующая формула имеет вид:
D = √(2*a 2 +c 2).
Где a и c - длины стороны основания и бокового ребра, соответственно.
Заметим, что при вычислениях мы использовали только теорему Пифагора. Для определения длин диагоналей правильных призм с большим числом вершин (пятиугольные, шестиугольные и так далее) уже необходимо применять тригонометрические функции.
Ответ на этот вопрос "что такое призма?", как в случае с любым геометрическим термином, становится понятен, если изучить свойства данного объекта. Конечно, можно заучить сложный научный термин, согласно которому призма - один из видов многогранников, основания которого параллельны, а боковые грани являются параллелограммами, однако проще запомнить свойства объекта и тогда можно будет даже самостоятельно сформулировать понятие призмы.
Элементы призмы
Довольно простые свойства призмы сложно понять, не изучив предварительно ряд терминов, которые применяются для обозначения тех или иных элементов данного геометрического тела. Выделяют следующие элементы призмы:
- Каждая призма имеет два основания, они являются многоугольниками и расположены в параллельных плоскостях.
- Боковые грани - все грани призмы (за исключением оснований).
- Боковая поверхность - совокупность боковых граней.
- Полная поверхность - совокупность боковых граней и оснований.
- Боковые ребра - общие для боковых граней стороны.
- Высота - отрезок, проведенный от одного основания к другому перпендикулярно плоскостям, в которых они расположены.
- Диагональ - отрезок, проведенный из одной вершины призмы к другой.
- Диагональная плоскость - плоскость, которая проходит через одно из боковых ребер призмы и диагональ одного из оснований.
- Диагональное сечение - сечение, образуемое пересечением призмы и диагональной плоскости.
- Ортогональное сечение - сечение, образуемое пересечением призмы и плоскости, которая перпендикулярна боковому ребру.
- Развертка призмы - представление всех граней призмы на одной плоскости без искажения размеров граней.
Свойства призмы
Теперь, когда вы знакомы с элементами призмы, можно рассмотреть ее основные свойства, а также формулы, позволяющие находить объем и площадь фигуры:
- Основания призмы представляют собой равные многоугольники.
- Боковые грани призмы - параллелограммы.
- Все боковые ребра призмы равны между собой и параллельны.
- Ортогональное сечение перпендикулярно всем боковым ребрам.
Формулы для вычисления площади и объема
Для нахождения объема призмы существует очень простая формула: V = S*h, где S - площадь призмы, h - высота.
Чтобы найти площадь полной поверхности призмы, необходимо найти площадь ее боковой поверхности и умножить полученную величину на удвоенную площадь основания. В свою очередь, для нахождения площади боковой поверхности можно использовать формулу: S = P*l, где P - периметр перпендикулярного сечения, l - длина бокового ребра.
Особые виды призмы
Некоторые призмы имеют особые отличительные свойства, и для них придуманы специальные названия:
- параллелепипед (признак - параллелограммы в основании);
- прямая призма (признак - боковые ребра перпендикулярны основаниям);
- правильная призма (признак - многоугольник с равными сторонами и углами в основании, прямоугольники в основаниях);
- полуправильная призма (признак - квадраты в основаниях).
Призма в оптике
В оптике призмой называют объект в форме геометрического тела (призмы), выполненный из прозрачного материала. Свойства призм широко используются в оптике, в частности, в биноклях. В призматических биноклях применяются двойная призма Порро и призма Аббе, названные так в честь своих изобретателей. Эти призмы за счет особой структуры и расположения создают тот или иной оптический эффект.
Призма Порро - это призма, в основании которой лежит равнобедренный треугольник. Двойная призма Порро создается благодаря особому расположению в пространстве двух призм Порро. Двойная призма Порро позволяет переворачивать изображение, увеличивать оптическое расстояние между объективом и окуляром, сохраняя внешние габариты.
Призма Аббе - это призма, в основании которой лежит треугольник с углами - 30 о, 60 о, 90 о. призма Аббе используется, когда необходимо перевернуть изображение без отклонения линии взгляда на объект.
Общие сведения о прямой призме
Боковой поверхностью призмы (точнее, площадью боковой поверхности) называется сумма
площадей боковых граней. Полная поверхность призмы равна сумме боковой поверхности и площадей оснований.
Теорема 19.1. Боковая поверхность прямой призмы равна произведению периметра основания на высоту призмы, т. е. на длину бокового ребра.
Доказательство. Боковые грани прямой призмы - прямоугольники. Основания этих прямоугольников являются сторонами многоугольника, лежащего в основании призмы, а высоты равны длине боковых ребер. Отсюда следует, что боковая поверхность призмы равна
S = a 1 l + a 2 l + ... + a n l = pl,
где a 1 ,а n - длины ребер основания, р - периметр основания призмы, а I - длина боковых ребер. Теорема доказана.
Практическое задание
Задача (22) . В наклонной призме проведено сечение , перпендикулярное боковым ребрам и пересекающее все боковые ребра. Найдите боковую поверхность призмы, если периметр сечения равен р, а боковые ребра равны l.
Решение. Плоскость проведенного сечения разбивает призму на две части (рис. 411). Подвергнем одну из них параллельному переносу, совмещающему основания призмы. При этом получим прямую призму, у которой основанием служит сечение исходной призмы, а боковые ребра равны l. Эта призма имеет ту же боковую поверхность, что и исходная. Таким образом, боковая поверхность исходной призмы равна рl.
Обобщение пройденной темы
А теперь давайте попробуем с вами подвести итоги пройденной темы о призме и вспомним, какими свойствами обладает призма.
Свойства призмы
Во-первых, у призмы все ее основания являются равными многоугольниками;
Во-вторых, у призмы все ее боковые грани являются параллелограммами;
В-третьих, у такой многогранной фигуры, как призма, все боковые ребра равны;
Также, следует вспомнить, что такие многогранники, как призмы могут быть прямыми и наклонными.
Какая призма называется прямой?
Если же у призмы боковое ребро расположено перпендикулярно плоскости ее основания, то такая призма носит название прямой.
Не будет лишним напомнить, что боковые грани прямой призмы являются прямоугольниками.
Какую призму называют наклонной?
А вот если же у призмы боковое ребро не расположено перпендикулярно плоскости ее основания, то можно смело утверждать, что это наклонная призма.
Какую призму называют правильной?
Если у основания прямой призмы лежит правильный многоугольник, то такая призма является правильной.
Теперь вспомним свойства, которыми обладает правильная призма.
Свойства правильной призмы
Во-первых, всегда основаниями правильной призмы служат правильные многоугольники;
Во-вторых, если рассматривать у правильной призмы боковые грани, то они всегда бывают равными прямоугольниками;
В-третьих, если сравнивать размеры боковых ребер, то в правильной призме они всегда равны.
В-четвертых, правильная призма всегда прямая;
В-пятых, если же в правильной призмы боковые грани имеют форму квадратов, то такую фигуру, как правило, называют полуправильным многоугольником.
Сечение призмы
А теперь давайте рассмотрим сечение призмы:
Домашнее задание
А теперь давайте попробуем закрепить изученную тему с помощью решения задач.
Давайте нарисуем наклонную треугольную призму, у которой расстояние между ее ребрами будет равно: 3 см, 4 см и 5 см, а боковая поверхность этой призмы будет равна 60 см2. Имея такие параметры, найдите боковое ребро данной призмы.
А вы знаете, что геометрические фигуры постоянно окружают нас не только на уроках геометрии, но и в повседневной жизни встречаются предметы, которые напоминают ту или иную геометрическую фигуру.
У каждого дома, в школе или на работе имеется компьютер, системный блок которого имеет форму прямой призмы.
Если вы возьмете в руки простой карандаш, то вы увидите, что основной частью карандаша, является призма.
Идя по центральной улице города, мы видим, что у нас под ногами лежит плитка, которая имеет форму шестиугольной призмы.
А. В. Погорелов, Геометрия для 7-11 классов, Учебник для общеобразовательных учреждений
