Как из бумаги сделать тетраэдр? Тетраэдр. Задачи на построение сечений в тетраэдре Как рисуется тетраэдр
ТЕКСТОВАЯ РАСШИФРОВКА УРОКА:
Добрый день! Мы продолжаем с вами изучать тему: «Параллельность прямых и плоскостей».
Я думаю, уже понятно, что сегодня речь пойдет о многогранниках- поверхностях геометрических тел, составленных из многоугольников.
А именно о тетраэдре.
Проводить изучение многогранников будем по плану:
1. определение тетраэдра
2. элементы тетраэдра
3. развертка тетраэдра
4. изображение на плоскости
1. построим треугольник АBC
2. точка D, не лежащая в плоскости этого треугольника
3. соединяем точку D отрезками с вершинами треугольника ABC. Получим треугольники DAB, DBC и DCA.
Определение: Поверхность составленная из четырех треугольников АBC, DAB, DBC и DCA называется тетраэдром.
Обозначение: DABC.
Элементы тетраэдра
Треугольники, из которых состоит тетраэдр, называются гранями, их стороны ребрами, а вершины - вершинами тетраэдра.
Сколько граней, ребер и вершин имеет тетраэдр?
Тетраэдр имеет четыре грани, шесть ребер и четыре вершины
Два ребра тетраэдра, не имеющие общих вершин, называются противоположными.
На рисунке противоположными являются ребра AD и BC, BD и AC, CD и AB
Иногда выделяют одну из граней тетраэдра и называют ее основанием, а три другие - боковыми гранями.
Развертка тетраэдра.
Для изготовления тетраэдра из бумаги вам потребуется следующая развертка,
ее нужно перенести на плотную бумагу, вырезать, согнуть по пунктирным линиям и склеить.
На плоскости тетраэдр изображается
В виде выпуклого или невыпуклого четырехугольника с диагоналями. При этом штриховыми линиями изображаются невидимые ребра.
На первом рисунке AC- невидимое ребро,
на втором - EK, LK и KF.
Решим несколько типовых задач на тетраэдр:
Найти площадь развертки правильного тетраэдра с ребром 5 см.
Решение. Начертим развертку тетраэдра
(на экране появляется развертка тетраэдра)
Данный тетраэдр состоит из четырех равносторонних треугольников, следовательно, площадь развертки правильного тетраэдра равна площади полной поверхности тетраэдра или площади четырех правильных треугольников.
Площадь правильного треугольника ищем по формуле:
Тогда получаем площадь тетраэдра равна:
Подставим в формулу длину ребра а=5 см,
получается
Ответ: Площадь развертки правильного тетраэдра
Постройте сечение тетраэдра плоскостью проходящей через точки M, N и K.
а) Действительно, соединим точки M и N (принадлежат грани ADC), точки M и K(принадлежат грани ADB), точки N и K (грани DBC). Сечением тетраэдра является треугольник MKN.
б) Соединим точки M и K (принадлежат грани ADB), точки K и N(принадлежат грани DCB), далее прямые MK и AB продолжить до пересечения и поставить точку P. Прямая PN и точка T лежат в одной плоскости АВС и теперь можно построить пересечение прямой МК с каждой гранью. В результате получается четырехугольник MKNT, который является искомым сечением.
Тетраэдр в переводе с греческого означает "четырехгранник". Эта геометрическая фигура обладает четырьмя гранями, четырьмя вершинами и шестью ребрами. Грани представляют собой треугольники. По сути, тетраэдр - это Первые упоминания о многогранниках появились еще задолго до существования Платона.
Сегодня поговорим об элементах и свойствах тетраэдра, а также узнаем формулы нахождения у этих элементов площади, объема и других параметров.
Элементы четырехгранника
Отрезок, выпущенный из любой вершины тетраэдра и опущенный на точку пересечения медиан грани, являющейся противоположной, называется медианой.
Высота многоугольника представляет собой нормальный отрезок, опущенный из вершины напротив.
Бимедианой называется отрезок, соединяющий центры скрещивающихся ребер.
Свойства тетраэдра
1) Параллельные плоскости, которые проходят через два скрещивающихся ребра, образуют описанный параллелепипед.
2) Отличительным свойством тетраэдра является то, что медианы и бимедианы фигуры встречаются в одной точке. Важно, что последняя делит медианы в отношении 3:1, а бимедианы - пополам.
3) Плоскость разделяет тетраэдр на две равные по объему части, если проходит через середину двух скрещивающихся ребер.
Виды тетраэдра
Видовое разнообразие фигуры достаточно широко. Тетраэдр может быть:
- правильным, то есть в основании равносторонний треугольник;
- равногранным, у которого все грани одинаковы по длине;
- ортоцентрическим, когда высоты имеют общую точку пересечения;
- прямоугольным, если плоские углы при вершине нормальные;
- соразмерным, все би высоты равны;
- каркасным, если присутствует сфера, которая касается ребер;
- инцентрическим, то есть отрезки, опущенные из вершины в центр вписанной окружности противоположной грани, имеют общую точку пересечения; эту точку именуют центром тяжести тетраэдра.
Остановимся подробно на правильном тетраэдре, свойства которого практически не отличаются.
Исходя из названия, можно понять, что так он называется потому, что грани являют собой правильные треугольники. Все ребра этой фигуры конгруэнтны по длине, а грани - по площади. Правильный тетраэдр - это один из пяти аналогичных многогранников.
Формулы четырехгранника
Высота тетраэдра равна произведению корня из 2/3 и длины ребра.
Объем тетраэдра находится так же, как объем пирамиды: корень квадратный из 2 разделить на 12 и умножить на длину ребра в кубе.
Остальные формулы для расчета площади и радиусов окружностей представлены выше.
|
тетраэдр, тетраэдр формулы
Тетра́эдр
(др.-греч. τετρά-εδρον - четырёхгранник
, от др.-греч. τέσσᾰρες, τέσσερες, τέττᾰρες, τέττορες, τέτορες - «четыре» + др.-греч. ἕδρα - «седалище, основание») - простейший многогранник, гранями которого являются четыре треугольника. У тетраэдра 4 грани, 4 вершины и 6 рёбер. Тетраэдр, у которого все грани - равносторонние треугольники, называется правильным. Правильный тетраэдр является одним из пяти правильных многогранников.
- 1 Свойства тетраэдра
- 2 Типы тетраэдров
- 3 Объём тетраэдра
- 4 Тетраэдры в микромире
- 5 Тетраэдры в живой природе
- 6 Тетраэдры в технике
- 7 Примечания
- 8 См. также
Свойства тетраэдра
- Параллельные плоскости, проходящие через пары скрещивающихся рёбер тетраэдра, определяют описанный около тетраэдра параллелепипед.
- Плоскость, проходящая через середины двух скрещивающихся рёбер тетраэдра, делит его на две равные по объёму части.:216-217
Типы тетраэдров
Помимо правильного тетраэдра, выделяют следующие специальные виды тетраэдров.
- Равногранный тетраэдр, у которого все грани - равные между собой треугольники.
- Ортоцентрический тетраэдр, у которого все высоты, опущенные из вершин на противоположные грани, пересекаются в одной точке.
- Прямоугольный тетраэдр, у которого все ребра, прилежащие к одной из вершин, перпендикулярны между собой.
- Каркасный тетраэдр - тетраэдр, отвечающий любому из следующих условий:
- существует сфера, касающаяся всех ребер,
- суммы длин скрещивающихся ребер равны,
- суммы двугранных углов при противоположных ребрах равны,
- окружности, вписанные в грани, попарно касаются,
- все четырехугольники, получающиеся на развертке тетраэдра, - описанные,
- перпендикуляры, восставленные к граням из центров вписанных в них окружностей, пересекаются в одной точке.
- Соразмерный тетраэдр, бивысоты которого равны.
- Инцентрический тетраэдр, у которого отрезки, соединяющие вершины тетраэдра с центрами окружностей, вписанных в противоположные грани, пересекаются в одной точке.
Объём тетраэдра
Объём тетраэдра (с учётом знака), вершины которого находятся в точках, равен:
Или, где – площадь любой грани, а – высота, опущенная на эту грань.
Через длины рёбер объём тетраэдра выражается с помощью определителя Кэли-Менгера:
Тетраэдры в микромире
- Правильный тетраэдр образуется при sp3-гибридизации атомных орбиталей (их оси направлены в вершины правильного тетраэдра, а ядро центрального атома расположено в центре описанной сферы правильного тетраэдра), поэтому немало молекул, в которых такая гибридизация центрального атома имеет место, имеют вид этого многогранника
- Молекула метана СН4
- Ион аммония NH4+
- Сульфат-ион SO42-, Фосфат-ион PO43-, Перхлорат-ион ClO4- и многие другие ионы
- Алмаз C - тетраэдр с ребром равным 2,5220 ангстрем
- Флюорит CaF2, тетраэдр с ребром равным 3, 8626 ангстрем
- Сфалерит, ZnS, тетраэдр с ребром равным 3,823 ангстрем
- Комплексные ионы -, 2-, 2-, 2+
- Силикаты, в основе структур которых лежит кремнекислородный тетраэдр 4-
Тетраэдры в живой природе
Тетраэдр из грецких ореховНекоторые плоды, находясь вчетвером на одной кисти, располагаются в вершинах тетраэдра, близкого к правильному. Такая конструкция обусловлена тем, что центры четырёх одинаковых шаров, касающихся друг друга, находятся в вершинах правильного тетраэдра. Поэтому похожие на шар плоды образуют подобное взаимное расположение. Например, таким образом могут располагаться грецкие орехи.
Тетраэдры в технике
- Тетраэдр образует жёсткую, статически определимую конструкцию. Тетраэдр, выполненный из стержней, часто используется в качестве основы для пространственных несущих конструкций пролётов зданий, перекрытий, балок, ферм, мостов и т. д. Стержни испытывают только продольные нагрузки.
- Прямоугольный тетраэдр используется в оптике. Если грани, имеющие прямой угол, покрыть светоотражающим составом или весь тетраэдр выполнить из материала с сильным светопреломлением, чтобы возникал эффект полного внутреннего отражения, то свет, направленный в грань, противоположную вершине с прямыми углами, будет отражаться в том же направлении, откуда он пришёл. Это свойство используется для создания уголковых отражателей, катафотов.
- Граф четверичного триггера представляет собой тетраэдр.
Примечания
- Древнегреческо-русский словарь Дворецкого «τετρά-εδρον»
- Селиванов Д. Ф.,. Тело геометрическое // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: 86 томах (82 т. и 4 доп.). - СПб., 1890-1907.
- Гусятников П.Б., Резниченко С.В. Векторная алгебра в примерах и задачах. - М.: Высшая школа, 1985. - 232 с.
- В. Э. МАТИЗЕН Равногранные и каркасные тетраэдры «Квант» № 7, 1983 г.
- http://knol.google.com/k/%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%B3%D0%B3%D0%B5%D1%80#view Триггер
См. также
- Симплекс - n-мерный тетраэдр
Многогранники | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Правильные (Платоновы тела) |
|||||||||
Правильные невыпуклые |
Звёздчатый додекаэдр Звёздчатый икосододекаэдр Звёздчатый икосаэдр Звёздчатый многогранник Звёздчатый октаэдр | ||||||||
Выпуклые |
|
||||||||
Формулы, теоремы, теории |
Теорема Александрова о выпуклых многогранниках Теорема Бликера Теорема Коши о многогранниках Теорема Линделёфа о многограннике Теорема Минковского о многогранниках Теорема Сабитова Теорема Эйлера для многогранников Формула Шлефли |
||||||||
Прочее |
Ортоцентрический тетраэдр Равногранный тетраэдр Прямоугольный параллелепипед Группа многогранника Двенадцатигранники Телесный угол Единичный куб Изгибаемый многогранник Развёртка Символ Шлефли Многогранник Джонсона Многомерные (N-мерный тетраэдр Тессеракт Пентеракт Хексеракт Хептеракт Октеракт Энтенеракт Декеракт Гиперкуб) Паркет |
тетраэдр, тетраэдр, тетраэдр, тетраэдр вид сбоку, тетраэдр вид сбоку, тетраэдр вид сбоку, тетраэдр гэж юу вэ, тетраэдр гэж юу вэ, тетраэдр гэж юу вэ, тетраэдр дүрс, тетраэдр дүрс, тетраэдр дүрс, тетраэдр из бумаги, тетраэдр из бумаги, тетраэдр из бумаги, тетраэдр картинки, тетраэдр картинки, тетраэдр картинки, тетраэдр определение, тетраэдр определение, тетраэдр определение, тетраэдр формулы, тетраэдр формулы, тетраэдр формулы, тетраэдр чертеж, тетраэдр чертеж, тетраэдр чертеж, тетраэдр шаблон, тетраэдр шаблон, тетраэдр шаблон
Тетраэдр Информацию О
Примечание . Это часть урока с задачами по геометрии (раздел стереометрия, задачи о пирамиде). Если Вам необходимо решить задачу по геометрии, которой здесь нет - пишите об этом в форуме. В задачах вместо символа "квадратный корень" применяется функция sqrt(), в которой sqrt - символ квадратного корня, а в скобках указано подкоренное выражение . Для простых подкоренных выражений может использоваться знак "√" . Правильный тетраэдр - это правильная треугольная пирамида у которой все грани являются равносторонними треугольниками.У правильного тетраэдра все двугранные углы при рёбрах и все трёхгранные углы при вершинах равны
У тетраэдра 4 грани, 4 вершины и 6 ребер.
Основные формулы для правильного тетраэдра приведены в таблице.
Где:
S - Площадь поверхности правильного тетраэдра
V - объем
h - высота, опущенная на основание
r - радиус вписанной в тетраэдр окружности
R - радиус описанной окружности
a - длина ребра
Практические примеры
Задача .Найдите площадь поверхности треугольной пирамиды, у которой каждое ребро равно √3
Решение
.
Поскольку все ребра треугольной пирамиды равны - она является правильной. Площадь поверхности правильной треугольной пирамиды равна S = a 2 √3 .
Тогда
S = 3√3
Ответ : 3√3
Задача
.
Все ребра правильной треугольной пирамиды равны 4 см. Найдите объем пирамиды
Решение
.
Поскольку в правильной треугольной пирамиде высота пирамиды проецируется в центр основания, который одновременно является центром описанной окружности, то
AO = R = √3 / 3 a
AO = 4√3 / 3
Таким образом, высота пирамиды OM может быть найдена из прямоугольного треугольника AOM
AO 2 + OM 2 = AM 2
OM 2 = AM 2 - AO 2
OM 2 = 4 2 - (4√3 / 3) 2
OM 2 = 16 - 16/3
OM = √(32/3)
OM = 4√2 / √3
Объем пирамиды найдем по формуле V = 1/3 Sh
При этом площадь основания найдем по формуле S = √3/4 a 2
V = 1/3 (√3 / 4 * 16) (4√2 / √3)
V = 16√2 / 3
Ответ : 16√2 / 3 см
Тетраэдр, или треугольная пирамида, - простейший из многогранников, подобно тому как треугольник - простейший из многоугольников на плоскости. Слово «тетраэдр» образовано из двух греческих слов: tetra - «четыре» и hedra - «основание», «грань». Тетраэдр задается четырьмя своими вершинами - точками , не лежащими в одной плоскости; грани тетраэдра - четыре треугольника; ребер у тетраэдра шесть. В отличие от произвольной -угольной пирамиды (при ) в качестве основания тетраэдра может быть выбрана любая его грань.
Многие свойства тетраэдров сходны с соответствующими свойствами треугольников. В частности, 6 плоскостей, проведенных через середины ребер тетраэдра перпендикулярно к ним, пересекаются в одной точке. В этой же точке пересекаются и 4 прямые, проведенные через центры описанных около граней окружностей перпендикулярно к плоскостям граней, и является центром описанной около тетраэдра сферы (рис. 1). Аналогично 6 биссекторных полуплоскостей тетраэдра, т. е. полуплоскостей, делящих двугранные углы при ребрах тетраэдра пополам, тоже пересекаются в одной точке - в центре вписанной в тетраэдр сферы - сферы, касающейся всех четырех граней тетраэдра. Любой треугольник имеет, вдобавок к вписанной, еще 3 вневписанные окружности (см. Треугольник), а вот тетраэдр может иметь любое число – от 4 до 7 - вневписанных сфер, т.е. сфер, касающихся плоскостей всех четырех граней тетраэдра. Всегда существуют 4 сферы, вписанные в усеченные трехгранные углы, один из которых показан на рис. 2, справа. Еще 3 сферы могут быть вписаны (не всегда!) в усеченные двугранные углы при ребрах тетраэдра - один из них показан на рис. 2, слева.
Для тетраэдра существует еще одна возможность его взаимного расположения со сферой - касание с некоторой сферой всеми своими ребрами (рис. 3). Такая сфера - иногда ее называют «полувписанной» - существует лишь в том случае, когда суммы длин противоположных ребер тетраэдра равны: (рис. 3).
Для любого тетраэдра справедлив аналог теоремы о пересечении медиан треугольника в одной точке. Именно, 6 плоскостей, проведенных через ребра тетраэдра и середины противолежащих ребер, пересекаются в одной точке - в центроиде тетраэдра (рис. 4). Через центроид проходят также 3 «средние линии» - отрезки, соединяющие середины трех пар противоположных ребер, причем они делятся точкой пополам. Наконец, через проходят и 4 «медианы» тетраэдра - отрезки, соединяющие вершины с центроидами противолежащих граней, причем они делятся в точке в отношении 3:1, считая от вершин.
Важнейшее свойство треугольника - равенство (или ) - разумного «тетраэдрического» аналога не имеет: сумма всех 6 двугранных углов тетраэдра может принимать любое значение между и . (Конечно, сумма всех 12 плоских углов тетраэдра - по 3 при каждой вершине - не зависит от тетраэдра и равна .)
Треугольники принято классифицировать по степени их симметричности: правильные или равносторонние треугольники имеют три оси симметрии, равнобедренные - одну. Классификация тетраэдров по степени симметричности богаче. Самый симметричный тетраэдр - правильный, ограниченный четырьмя правильными треугольниками. Он имеет 6 плоскостей симметрии - они проходят через каждое ребро перпендикулярно противолежащему ребру - и 3 оси симметрии, проходящие через середины противолежащих ребер (рис. 5). Менее симметричны правильные треугольные пирамиды (3 плоскости симметрии, рис. 6) и равногранные тетраэдры (т.е. тетраэдры с равными гранями - 3 оси симметрии, рис. 7).