Քառանկյուն պրիզմա՝ բարձրություն, շեղանկյուն, մակերես

Քառանկյուն պրիզմա՝ բարձրություն, շեղանկյուն, մակերես
Քառանկյուն պրիզմա՝ բարձրություն, շեղանկյուն, մակերես
Anonim

Պինդ երկրաչափության դպրոցական դասընթացում երեք տարածական առանցքների երկայնքով ոչ զրոյական չափեր ունեցող ամենապարզ պատկերներից մեկը քառանկյուն պրիզմա է: Հոդվածում նկատի ունեցեք, թե ինչ կերպար է այն, ինչ տարրերից է այն բաղկացած, ինչպես նաև ինչպես կարող եք հաշվարկել դրա մակերեսն ու ծավալը։

Պրիզմայի հայեցակարգ

Երկրաչափության մեջ պրիզմա տարածական պատկեր է, որը ձևավորվում է երկու նույնական հիմքերով և կողային մակերեսներով, որոնք միացնում են այս հիմքերի կողմերը։ Նկատի ունեցեք, որ երկու հիմքերն էլ փոխակերպվում են միմյանց՝ օգտագործելով որոշ վեկտորի զուգահեռ թարգմանության գործողությունը: Պրիզմայի այս նշանակումը հանգեցնում է նրան, որ նրա բոլոր կողմերը միշտ զուգահեռ են։

Հիմքի կողմերի թիվը կարող է կամայական լինել՝ սկսած երեքից։ Երբ այս թիվը ձգտում է դեպի անսահմանություն, պրիզման սահուն կերպով վերածվում է գլանակի, քանի որ դրա հիմքը դառնում է շրջան, իսկ կողային զուգահեռականները, միանալով, կազմում են գլանաձև մակերես։

Ինչպես ցանկացած բազմանիստ, պրիզման բնութագրվում էկողմերը (հարթությունները, որոնք կապում են նկարը), եզրերը (հատվածները, որոնց երկայնքով հատվում են ցանկացած երկու կողմ) և գագաթները (երեք կողմերի հանդիպման կետերը, պրիզմայի համար դրանցից երկուսը կողային են, իսկ երրորդը հիմքն է): Նկարի անվանված երեք տարրերի մեծությունները փոխկապակցված են հետևյալ արտահայտությամբ՝

P=C + B - 2

Այստեղ P, C և B-ը համապատասխանաբար եզրերի, կողմերի և գագաթների թիվն են: Այս արտահայտությունը Էյլերի թեորեմի մաթեմատիկական նշումն է։

Ուղղանկյուն և թեք պրիզմաներ
Ուղղանկյուն և թեք պրիզմաներ

Վերևի նկարը ցույց է տալիս երկու պրիզմա: Դրանցից մեկի (Ա) հիմքում ընկած է կանոնավոր վեցանկյուն, իսկ կողային կողմերը ուղղահայաց են հիմքերին։ Բ նկարը ցույց է տալիս մեկ այլ պրիզմա: Նրա կողմերն այլևս ուղղահայաց չեն հիմքերին, իսկ հիմքը կանոնավոր հնգանկյուն է։

Ի՞նչ է քառանկյուն պրիզմա:

Ինչպես պարզ է վերևի նկարագրությունից, պրիզմայի տեսակը հիմնականում որոշվում է հիմքը կազմող բազմանկյունի տեսակով (երկու հիմքերն էլ նույնն են, ուստի կարող ենք խոսել դրանցից մեկի մասին): Եթե այս բազմանկյունը զուգահեռագիծ է, ապա մենք ստանում ենք քառանկյուն պրիզմա։ Այսպիսով, այս տեսակի պրիզմայի բոլոր կողմերը զուգահեռականներ են։ Քառանկյուն պրիզման ունի իր անունը՝ զուգահեռատիպ:

Աղյուս - ուղղանկյուն պրիզմա
Աղյուս - ուղղանկյուն պրիզմա

Զուգահեռականի կողմերի թիվը վեց է, և յուրաքանչյուր կողմ ունի իր նման զուգահեռ: Քանի որ տուփի հիմքերը երկու կողմ են, մնացած չորսը կողային են։

Զուգահեռականի գագաթների թիվը ութ է, ինչը հեշտ է տեսնել, եթե հիշենք, որ պրիզմայի գագաթները ձևավորվում են միայն հիմնական բազմանկյունների գագաթներում (4x2=8): Կիրառելով Էյլերի թեորեմը՝ ստանում ենք եզրերի թիվը՝

P=C + B - 2=6 + 8 - 2=12

12 կողերից միայն 4-ն են կողքերից անկախ գոյանում։ Մնացած 8-ը ընկած են նկարի հիմքերի հարթություններում։

Հոդվածում հետագայում կխոսենք միայն քառանկյուն պրիզմաների մասին։

Զուգահեռականների տեսակները

Դասակարգման առաջին տեսակը հիմքում ընկած զուգահեռագծի առանձնահատկություններն են: Այն կարող է այսպիսի տեսք ունենալ.

  • կանոնավոր, որի անկյունները հավասար չեն 90o;
  • ուղղանկյուն;
  • քառակուսին կանոնավոր քառանկյուն է:

Դասակարգման երկրորդ տեսակը այն անկյունն է, որով կողմը հատում է հիմքը: Այստեղ հնարավոր է երկու տարբեր դեպք՝

  • այս անկյունը ուղիղ չէ, ապա պրիզման կոչվում է թեք կամ թեք;
  • անկյունը 90o է, ապա այդպիսի պրիզման ուղղանկյուն է կամ ուղղակի ուղիղ:

Դասակարգման երրորդ տեսակը կապված է պրիզմայի բարձրության հետ։ Եթե պրիզման ուղղանկյուն է, իսկ հիմքը՝ քառակուսի կամ ուղղանկյուն, ապա այն կոչվում է խորանարդ։ Եթե հիմքում քառակուսի է, պրիզման ուղղանկյուն է, իսկ բարձրությունը հավասար է քառակուսու կողմի երկարությանը, ապա ստանում ենք հայտնի խորանարդային պատկերը։

Պրիզմայի մակերես և մակերես

Բոլոր կետերի բազմությունը, որոնք գտնվում են պրիզմայի երկու հիմքերի վրա(զուգահեռանկարներ) և նրա կողքերում (չորս զուգահեռներ) կազմում են նկարի մակերեսը։ Այս մակերեսի տարածքը կարելի է հաշվարկել՝ հաշվարկելով հիմքի տարածքը և այս արժեքը կողային մակերեսի համար: Այնուհետև դրանց գումարը կտա ցանկալի արժեքը։ Մաթեմատիկորեն սա գրված է հետևյալ կերպ՝

S=2So+ Sb

Այստեղ So և Sb -ը համապատասխանաբար հիմքի և կողային մակերեսի մակերեսն են: So-ից առաջ հայտնվում է 2 թիվը, քանի որ կա երկու հիմք:

Նշեք, որ գրավոր բանաձևը վավեր է ցանկացած պրիզմայի, և ոչ միայն քառանկյուն պրիզմայի մակերեսի համար:

Օգտակար է հիշել, որ Sp զուգահեռագծի մակերեսը հաշվարկվում է բանաձևով՝

Sp=ah

Այնտեղ, որտեղ a և h խորհրդանիշները համապատասխանաբար նշանակում են նրա կողմերից մեկի երկարությունը և դեպի այս կողմ գծված բարձրությունը:

Քառակուսի հիմքով ուղղանկյուն պրիզմայի մակերեսը

Ծաղկաման - ուղղանկյուն պրիզմա
Ծաղկաման - ուղղանկյուն պրիզմա

Կանոնավոր քառանկյուն պրիզմայում հիմքը քառակուսի է: Որոշակիության համար նրա կողմը նշում ենք ա տառով։ Կանոնավոր քառանկյուն պրիզմայի տարածքը հաշվարկելու համար դուք պետք է իմանաք դրա բարձրությունը: Ըստ այս մեծության սահմանման՝ այն հավասար է մի հիմքից մյուսն ընկած ուղղահայաց երկարությանը, այսինքն՝ հավասար է նրանց միջև եղած հեռավորությանը։ Նշանակենք հ տառով։ Քանի որ բոլոր կողային երեսները ուղղահայաց են պրիզմայի տիպի հիմքերին, կանոնավոր քառանկյուն պրիզմայի բարձրությունը հավասար կլինի նրա կողային եզրի երկարությանը:

BՊրիզմայի մակերեսի ընդհանուր բանաձևը երկու անդամ է: Հիմքի մակերեսն այս դեպքում հեշտ է հաշվարկել, այն հավասար է՝

So=a2

Կողային մակերեսի մակերեսը հաշվարկելու համար մենք վիճում ենք հետևյալ կերպ՝ այս մակերեսը ձևավորվում է 4 միանման ուղղանկյուններով։ Ընդ որում, նրանցից յուրաքանչյուրի կողմերը հավասար են a-ի և h-ի: Սա նշանակում է, որ Sb-ի մակերեսը հավասար կլինի՝

Sb=4ah

Նշեք, որ 4a արտադրյալը քառակուսի հիմքի պարագիծն է: Եթե այս արտահայտությունը ընդհանրացնենք կամայական հիմքի դեպքում, ապա ուղղանկյուն պրիզմայի համար կողային մակերեսը կարող է հաշվարկվել հետևյալ կերպ.

Sb=Poh

Որտեղ Po հիմքի պարագիծն է։

Վերադառնալով կանոնավոր քառանկյուն պրիզմայի մակերեսը հաշվարկելու խնդրին, մենք կարող ենք գրել վերջնական բանաձևը՝

S=2So+ Sb=2a2+ 4 ah=2a(a+2h)

Թեք զուգահեռականի մակերես

Դրա հաշվարկը որոշ չափով ավելի դժվար է, քան ուղղանկյունի համար: Այս դեպքում քառանկյուն պրիզմայի բազային տարածքը հաշվարկվում է նույն բանաձևով, ինչ զուգահեռագծի համար: Փոփոխությունները վերաբերում են կողային մակերեսի որոշման ձևին:

Դա անելու համար օգտագործեք նույն բանաձևը պարագծի միջով, ինչպես տրված է վերը նշված պարբերությունում: Միայն հիմա այն կունենա մի փոքր տարբեր բազմապատկիչներ։ Sb-ի ընդհանուր բանաձևը թեք պրիզմայի դեպքում հետևյալն է՝

Sb=Psrc

Ահա c-ն նկարի կողային եզրի երկարությունն է:Psr արժեքը ուղղանկյուն հատվածի պարագիծն է: Այս միջավայրը կառուցված է հետևյալ կերպ՝ անհրաժեշտ է բոլոր կողային երեսները հատել հարթությամբ, որպեսզի այն ուղղահայաց լինի բոլորին։ Ստացված ուղղանկյունը կլինի ցանկալի կտրվածքը։

Ուղղանկյուն հատված
Ուղղանկյուն հատված

Վերևի նկարը ցույց է տալիս թեք տուփի օրինակ: Նրա խաչաձև հատվածը կողքերի հետ ուղիղ անկյուններ է կազմում։ Հատվածի պարագիծը Psr է: Կազմվում է կողային զուգահեռականների չորս բարձրությամբ։ Այս քառանկյուն պրիզմայի համար կողային մակերեսի մակերեսը հաշվարկվում է վերը նշված բանաձևով։

Խորանարդի անկյունագծի երկարությունը

Զուգահեռագծի անկյունագիծը մի հատված է, որը միացնում է երկու գագաթներ, որոնք չունեն դրանք կազմող ընդհանուր կողմեր: Ցանկացած քառանկյուն պրիզմայում կա ընդամենը չորս անկյունագիծ: Իր հիմքում ուղղանկյուն ունեցող խորանարդի համար բոլոր անկյունագծերի երկարությունները հավասար են միմյանց:

Ստորև բերված նկարը ցույց է տալիս համապատասխան ցուցանիշը: Կարմիր հատվածը նրա անկյունագիծն է։

Տուփի անկյունագիծը
Տուփի անկյունագիծը

Դրա երկարությունը հաշվելը շատ պարզ է, եթե հիշում եք Պյութագորասի թեորեմը։ Յուրաքանչյուր ուսանող կարող է ստանալ ցանկալի բանաձեւը. Այն ունի հետևյալ ձևը՝

D=√(A2+ B2 + C2)

Այստեղ D-ն անկյունագծի երկարությունն է: Մնացած նիշերը տուփի կողմերի երկարություններն են:

Շատերը շփոթում են զուգահեռականի անկյունագիծը նրա կողմերի անկյունագծերի հետ: Ստորև բերված է նկար, որտեղ գունավորհատվածները ներկայացնում են նկարի կողմերի անկյունագծերը։

Զուգահեռաբարի կողմերի անկյունագծերը
Զուգահեռաբարի կողմերի անկյունագծերը

Նրանցից յուրաքանչյուրի երկարությունը նույնպես որոշվում է Պյութագորասի թեորեմով և հավասար է համապատասխան կողմերի երկարությունների քառակուսիների գումարի քառակուսի արմատին։

Պրիզմայի ծավալ

Բացի կանոնավոր քառանկյուն պրիզմայի կամ այլ տեսակի պրիզմայի մակերեսից, որոշ երկրաչափական խնդիրներ լուծելու համար պետք է նաև իմանալ դրանց ծավալը: Բացարձակ ցանկացած պրիզմայի համար այս արժեքը հաշվարկվում է հետևյալ բանաձևով՝

V=Soh

Եթե պրիզման ուղղանկյուն է, ապա բավական է հաշվարկել դրա հիմքի մակերեսը և այն բազմապատկել կողմի եզրի երկարությամբ՝ պատկերի ծավալը ստանալու համար։

Եթե պրիզման կանոնավոր քառանկյուն պրիզմա է, ապա դրա ծավալը կլինի՝

V=a2h.

Հեշտ է տեսնել, որ այս բանաձևը վերածվում է խորանարդի ծավալի արտահայտության, եթե h կողային եզրի երկարությունը հավասար է a հիմքի կողմին:

Խնդիր խորանարդի հետ

Ուսումնասիրված նյութը համախմբելու համար կլուծենք հետևյալ խնդիրը՝ կա ուղղանկյուն զուգահեռագիծ, որի կողմերն են 3սմ, 4սմ և 5սմ։Պետք է հաշվարկել մակերեսի մակերեսը,անկյունի երկարությունը և ծավալը։

Հստակության համար կենթադրենք, որ նկարի հիմքը 3 սմ և 4 սմ կողմերով ուղղանկյուն է, ապա դրա մակերեսը 12 սմ2, իսկ կետը. 14 սմ է։ Օգտագործելով պրիզմայի մակերեսի բանաձևը՝ ստանում ենք՝

S=2So+ Sb=212 + 514=24 + 70=94 սմ2

Շեղանկյունի երկարությունը և նկարի ծավալը որոշելու համար կարող եք ուղղակիորեն օգտագործել վերը նշված արտահայտությունները.

D=√(32+42+52)=7 071 սմ;

V=345=60սմ3.

Խնդիր թեք զուգահեռադիրի հետ

Ստորև բերված նկարը ցույց է տալիս թեք պրիզմա: Նրա կողմերը հավասար են՝ a=10 սմ, b=8 սմ, c=12 սմ։ Պետք է գտնել այս նկարի մակերեսը։

Շեղ զուգահեռ
Շեղ զուգահեռ

Նախ, եկեք որոշենք հիմքի մակերեսը: Նկարը ցույց է տալիս, որ սուր անկյունը 50o է: Այնուհետև դրա մակերեսը կազմում է`

So=ha=մեղք(50o)ba

Կողային մակերեսի մակերեսը որոշելու համար պետք է գտնել ստվերավորված ուղղանկյան պարագիծը: Այս ուղղանկյան կողմերն են՝ asin(45o) և bsin(60o): Այնուհետև այս ուղղանկյան պարագիծը հետևյալն է՝

Psr=2(asin(45o)+bsin(60o))

Այս տուփի ընդհանուր մակերեսը կազմում է.

S=2So+ Sb=2(մեղք(50o)ba + acsin(45o) + bcsin(60o))

Խնդիրի վիճակից ստացված տվյալները փոխարինում ենք նկարի կողմերի երկարություններով, ստանում ենք պատասխանը՝

S=458, 5496 սմ3

Այս խնդրի լուծումից երևում է, որ եռանկյունաչափական ֆունկցիաներն օգտագործվում են թեք թվերի մակերեսները որոշելու համար։

Խորհուրդ ենք տալիս: