отношение площадей фигуры и проекции (6 видео)

Содержание

Параллельное проецирование. Площадь проекции фигуры
Ортогональное проецирование — определение и вычисление с примерами решения
Конспект урока «Площадь ортогональной проекции»
📽️ Видео

Видео:Теорема о площади проекцииСкачать

Параллельное проецирование. Площадь проекции фигуры

В задачах по геометрии успех зависит не только от знания теории, но от качественного чертежа.
С плоскими чертежами все более-менее понятно. А в стереометрии дело обстоит сложнее. Ведь изобразить надо трехмерное тело на плоском чертеже, причем так, чтобы и вы сами, и тот, кто смотрит на ваш чертеж, увидели бы то же самое объемное тело.

Как это сделать?
Конечно, любое изображение объемного тела на плоскости будет условным. Однако существует определенный набор правил. Существует общепринятый способ построения чертежей — параллельное проецирование.

Ты нашел то, что искал? Поделись с друзьями!

Возьмем объемное тело.
Выберем плоскость проекции.
Через каждую точку объемного тела проведем прямые, параллельные друг другу и пересекающие плоскость проекции под каким-либо углом. Каждая из этих прямых пересекает плоскость проекции в какой-либо точке. А все вместе эти точки образуют проекцию объемного тела на плоскость, то есть его плоское изображение.

Как строить проекции объемных тел?
Представьте, что у вас есть каркас объемного тела — призмы, пирамиды или цилиндра. Освещая его параллельным пучком света, получаем изображение — тень на стене или на экране. Заметим, что в разных ракурсах получаются разные изображения, но некоторые закономерности все же присутствуют:

Проекцией отрезка будет отрезок.

Конечно, если отрезок перпендикулярен плоскости проекции — он отобразится в одну точку.

Проекцией круга в общем случае окажется эллипс.

Проекцией прямоугольника — параллелограмм.

Вот как выглядит проекция куба на плоскость:

Здесь передняя и задняя грани параллельны плоскости проекции

Можно сделать по-другому:

Какой бы ракурс мы ни выбрали, проекциями параллельных отрезков на чертеже тоже будут параллельные отрезки. Это один из принципов параллельного проецирования.

Рисуем проекции пирамиды,

Еще раз повторим основной принцип параллельного проецирования. Выбираем плоскость проекции и через каждую точку объемного тела проводим параллельные друг другу прямые. Эти прямые пересекают плоскость проекции под каким-либо углом. Если этот угол равен 90° — речь идет о прямоугольном проецировании. С помощью прямоугольного проецирования строятся чертежи объемных деталей в технике. В этом случае мы говорим о виде сверху, виде спереди и виде сбоку.

Иногда в задачах требуется найти площадь прямоугольной проекции фигуры.

Пусть S — площадь фигуры. Тогда площадь ее прямоугольной проекции равна S cosφ, где φ — угол между плоскостью фигуры и плоскостью проекции.

В следующей статье рассказано, как выбрать наиболее удачный ракурс для построения чертежей в задачах по стереометрии, а также о распространенных ошибках, которые могут помешать решению.

Видео:Урок 17. Площадь ортогональной проекции Задание 14 ЕГЭ по математике. Стереометрия с нуля.Скачать

Ортогональное проецирование — определение и вычисление с примерами решения

Ортогональное проецирование:

Параллельное проецирование, направление которого перпендикулярно плоскости проекции, называется ортогональным проецированием. Проекция фигуры, образующаяся при ортогональном проецировании, называется ортогональной проекцией, или просто проекцией этой фигуры.

Поскольку ортогональное проецирование является особым видом параллельного проецирования, то для него выполняются все свойства последнего. Ортогональной проекцией прямой

Отметим, что прямые, перпендикулярные одной из параллельных плоскостей, перпендикулярны и остальным, поэтому ортогональное проецирование на одну из таких плоскостей будет ортогональным и на остальные плоскости. Очевидно, что ортогональные проекции фигуры на параллельные плоскости равны между собой.

Ортогональное проецирование также имеет только ему присущие свойства. Одно из них выражает теорема о площади ортогональной проекции многоугольника.

Площадь ортогональной проекции

Теорема 5

Площадь ортогональной проекции произвольного многоугольника на плоскость равна произведению площади самого многоугольника на косинус угла между плоскостью многоугольника и плоскостью проекции.

Как пример многоугольника возьмем (рис. 6.41). Проекцией на плоскость является . Проведем высоту треугольника . По теореме
о трех перпендикулярах — высота . Угол — угол между плоскостью и плоскостью проекции. Пусть . Тогда

Учитывая, что прямоугольный , имеем:. Поэтому

Итак, . Теорема доказана.

Чтобы доказать теорему для произвольного многоугольника, его разбивают на треугольники. Тогда для каждого треугольника и его проекции можно записать равенство

где поскольку угол между плоскостями этих треугольников и плоскостью их проекций будет один и тот же. Все эти равенства сложим почленно:

Получим в левой части равенства площадь проекции многоугольника, а в правой — площадь самого многоугольника, умноженную на косинус угла между их плоскостями. Отсюда

Т.е. и для этого случая теорема истинна.

Пример:

Ортогональной проекцией треугольника является треугольник со сторонами 13 см, 14 см и 15 см. Плоскость треугольника образует с плоскостью проекции угол 60°. Вычислите площадь данного треугольника.

Воспользуемся рисунком 6.41. Известно, что площадь проекции треугольника вычисляют по формуле:

где — угол между плоскостью треугольника и плоскостью проекции.
По формуле Герона найдем площадь :

где — полупериметр треугольника, — его стороны.

Тогда

Рекомендую подробно изучить предметы:

Геометрия
Аналитическая геометрия
Начертательная геометрия

Ещё лекции с примерами решения и объяснением:

Декартовы координаты на плоскости
Декартовы координаты в пространстве
Геометрические преобразования в геометрии
Планиметрия — формулы, определение и вычисление
Параллельность прямых и плоскостей
Перпендикулярность прямой и плоскости
Взаимное расположение прямых в пространстве, прямой и плоскости
Перпендикулярность прямых и плоскостей в пространстве

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Видео:Площадь ортогональной проекции многоугольникаСкачать

Конспект урока «Площадь ортогональной проекции»

Занятие № 25 (теоретическое)

Площадь ортогональной проекции

Изображение пространственных фигур

Решение прикладных задач

· сформировать навыки нахождения ортогональной проекции многоугольника,

· показать на конкретных примерах нахождение угла между плоскостями с помощью теоремы о площади ортогональной проекции многоугольника .

· способствовать развитию логического мышления и пространственного воображения учащихся при решении задач;

· воспитание познавательного интереса к предмету.

· пробуждение устойчивого интереса к предмету и активизации познавательной деятельности обучающихся;

· воспитание интереса к своей профессии;

Тип урока : урок изучения нового материала

Время: 1 час 30 мин.

Компьютер на рабочем месте преподавателя, модели с геометрическими фигурами, маркерная доска.

Методы проведения : словесный, наглядный, деятельностный .

1. Организационный момент.

Включает в себя приветствие преподавателем группы, подготовку помещения к уроку, проверку отсутствующих.

Проверка домашней работы.

2. Постановка цели урока.

Сегодня мы познакомимся с новой темой урока «Геометрические преобразования пространства».

3. Актуализация опорных знаний.

4 . Изучение нового материала.

Ортогональная проекция точки на прямую или на плоскость в стереометрии определяется так же, как проекция точки на прямую в планиметрии. А именно если точка не лежит на данной прямой (плоскости), то ортогональной проекцией точки на прямую (на плоскость) называется основание перпендикуляра, опущенного из этой точки на данную прямую (плоскость).

Если же точка лежит на прямой (на плоскости), то она и есть своя проекция на эту прямую (плоскость) (рис.1, а). Проекцией же фигуры F на плоскость α называется фигура F’, состоящая из проекций всех точек фигуры F на эту плоскость (рис.1, б).

Поскольку все прямые, перпендикулярные одной плоскости, параллельны друг другу, то ортогональное проектирование на плоскость является частным случаем параллельного проектирования и тем самым обладает всеми свойствами параллельного проектирования.

Кроме точек и отрезков, рисуя изображение сферы, цилиндра или конуса, мы будем встречаться с проекцией окружности на плоскость (когда плоскость окружности не перпендикулярна плоскости проекции). Кривая, которая является проекцией окружности в этом случае, называется эллипсом (рис.2, а). Эллипсом является и параллельная проекция окружности на плоскость (если направление проектирования не параллельно плоскости окружности). Если плоскость окружности параллельна плоскости проекции, то проекцией, очевидно, является равная ей окружность (рис.2, б). Поэтому окружность является частным случаем эллипса. Эллипсы обладают многими замечательными свойствами. Эллипс имеет центр симметрии и две взаимно перпендикулярные оси симметрии.

Ортогональное проектирование на одну, две и три плоскости широко используется в технике, в черчении. Изображение предмета в проекциях позволяет судить о его устройстве, без чего невозможно ни конструирование предмета, ни его изготовление.

В дальнейшем, говоря «проекция» или «проектирование», мы имеем в виду ортогональное проектирование и ортогональную проекцию, если нет специальных оговорок.

На ортогональном проектировании основан такой важный для инженеров раздел прикладной математики, как «Начертательная геометрия».

Расстояние от точки до фигуры

Расстояние от точки до фигуры измеряется по кратчайшему пути. Поэтому расстоянием от данной точки А до фигуры F называется расстояние от этой точки до ближайшей к А точке фигуры F. Точка фигуры F, ближайшая к А, — это такая точка B ∈ F (рис.3), что для всех точек X фигуры F |АВ|≤ |АХ|.

Иначе говоря, если точка А не принадлежит фигуре F, то отрезок АВ — кратчайший из всех отрезков АХ, соединяющих точку А с точками фигуры F. (Если же A ∈ F, то ясно, что точка А оказывается ближайшей к самой себе. В дальнейшем случай, когда A ∈ F, мы не рассматриваем.)

Расстояние от точки А до фигуры F обозначаем | AF |.

Рассмотрим несколько простых примеров.

1. Расстояние от точки А до прямой а равно длине перпендикуляра, опущенного из точки А на прямую а. Обозначаем его | Аа |.

2. Расстояние от точки до плоскости равно длине перпендикуляра, опущенного из этой точки на плоскость, или, что то же, расстоянию от точки до её проекции на плоскость.

Эти два утверждения вытекают из того, что перпендикуляр короче наклонной.

3. Расстояние от центра окружности до самой окружности равно радиусу. Все точки окружности находятся на одном расстоянии от центра, они все ближайшие к нему.

Понятие ближайшей точки даёт возможность получить интересное обобщение теоремы о трёх перпендикулярах.

Заменим в этой теореме прямую а на произвольную фигуру F в плоскости α (рис. 4).

Теорема (о ближайшей точке). Пусть фигура F лежит в плоскости α, А — некоторая точка, не принадлежащая α, и В — её проекция на α. Точка фигуры F будет ближайшей к точке А тогда и только тогда, когда она является ближайшей к её проекции В.

1. Из теоремы о ближайшей точке следует такое утверждение: из данной точки А в ближайшую точку плоской фигуры F можно попасть так: сначала в ближайшую к А точку В самой плоскости, а потом из точки В в ближайшую к ней точку фигуры F.

Площадь проекции многоугольника

Вам хорошо известно, что длина с отрезка АВ и длина с’ его проекции А’В’ на некоторую прямую р (или плоскость α) связаны равенством

где φ — угол наклона прямой АВ к прямой р или к плоскости α (рис.5). Если φ ≠ 0° или φ ≠ 90°, то это равенство выражает длину катета с’ прямоугольного треугольника через длину с его гипотенузы и косинус прилежащего к катету острого угла φ.

Теорема о трёх перпендикулярах позволяет доказать аналогичную формулу

для площади S некоторой фигуры F и площади S её проекции F’ на некоторую плоскость α. Угол φ в равенстве— это угол наклона плоскости β, в которой лежит фигура F, к плоскости α (рис. 6).

Равенство S’ = S cos φ очевидно для случая, когда φ = 90° (в этом случае F’ лежит на прямой и S’ = 0, а также cos 90° = 0), и для случая, когда φ = 0° (в этом случае плоскости α и β параллельны или совпадают, фигура F’ равна фигуре F и cos 0° = 1). Поэтому будем считать, что угол φ острый.

Докажем равенство для случая, когда фигура F — некоторый треугольник ABC. Прямую, по которой пересекаются плоскости α и β, обозначим через а. Если сторона АВ лежит на α, то высота С’Н треугольника ABC’ является проекцией высоты СН треугольника ABC (по теореме о трёх перпендикулярах, рис.7, а).

Тогда С’Н = СН cos φ и S’ = 0,5АВ • C’H = 0,5ABC • CH cos φ = S cos φ.

Для случая, когда АВ лежит на а, равенство доказано.

Если сторона АВ параллельна прямой а, то проведём через прямую АВ плоскость γ, параллельную плоскости α, и сведём доказательство равенства к уже рассмотренному случаю (рис.7, б).

Пусть у треугольника ABC нет сторон, параллельных прямой а (или лежащих на α). Тогда через одну из его вершин (например, через вершину А) проходит прямая р, параллельная прямой а, которая разбивает треугольник ABC на два треугольника АВР и АСР, у которых уже есть такая сторона АР (рис.8). Тогда

Равенство S’ = S cos φ доказано для любых треугольников.

Если фигура F — многоугольник, то, разбивая её на треугольники, доказываем равенство аналогично тому, как это было доказано в цепочке равенств (рис.9).

Изображение пространственных фигур на плоскости

Изображения треугольной пирамиды при соответствующем выборе направления проектирования.

Изображение параллелепипеда строится, исходя из того, что все его грани параллелограммы и, следовательно, изображаются параллелограммами.

При изображении куба плоскость изображений обычно выбирается параллельной одной из его граней. В этом случае две грани куба, параллельные плоскости изображений (передняя и задняя), изображаются равными квадратами. Остальные грани куба изображаются параллелограммами.

Аналогичным образом изображается прямоугольный параллелепипед.

Для того чтобы построить изображение призмы, достаточно построить многоугольник, изображающий её основание. Затем из вершин многоугольника провести прямые, параллельные некоторой фиксированной прямой, и отложить на них равные отрезки. Соединяя концы этих отрезков, получим многоугольник, являющийся изображением второго основания призмы.

Для того чтобы построить изображение любой пирамиды, достаточно построить многоугольник, изображающий её основание. Затем выбрать какую-нибудь точку, которая будет изображать вершину пирамиды, и соединить её с вершинами многоугольника. Полученные отрезки будут изображать боковые рёбра пирамиды.

Для изображения цилиндра достаточно изобразить его основания в виде двух эллипсов, получающихся друг из друга параллельным переносом, и нарисовать две образующие, соединяющие соответствующие точки этих оснований.

Для изображения конуса достаточно изобразить его основание в виде эллипса, отметить вершину и провести через неё две образующие, являющиеся касательными к этому эллипсу.