площадью поверхности геометрического тела

Содержание
  1. Все формулы для площадей полной и боковой поверхности тел
  2. 1. Площадь полной поверхности куба
  3. 2. Найти площадь поверхности прямоугольного параллелепипеда
  4. 3. Найти площадь поверхности шара, сферы
  5. 4. Найти площадь боковой и полной поверхности цилиндра
  6. 5. Площадь поверхности прямого, кругового конуса
  7. Площади поверхностей геометрических тел — определение и примеры с решением
  8. Понятие площади поверхности
  9. Площадь поверхности конуса и усеченного конуса
  10. Связь между площадями поверхностей и объемами
  11. Площадь сферы
  12. Справочный материал
  13. Формулы объемов и площадей поверхностей геометрических тел
  14. Историческая справка
  15. Уравнения фигур в пространстве
  16. Доказательство формулы объема прямоугольного параллелепипеда
  17. Формулы площади поверхности геометрических фигур
  18. Площадь куба
  19. Площадь прямоугольного параллелепипеда
  20. Площадь цилиндра
  21. Площадь конуса
  22. Площадь шара
  23. 🎬 Видео

Видео:ЕГЭ. Математика. Площади поверхности и объемы геометрических тел. ПрактикаСкачать

ЕГЭ. Математика. Площади поверхности и объемы геометрических тел. Практика

Все формулы для площадей полной и боковой поверхности тел

Видео:Как находить площадь любой фигуры? Геометрия | МатематикаСкачать

Как находить площадь любой фигуры? Геометрия | Математика

1. Площадь полной поверхности куба

площадью поверхности геометрического тела

a сторона куба

Формула площади поверхности куба,(S):

площадью поверхности геометрического тела

Видео:Видеоурок по математике "Цилиндр"Скачать

Видеоурок по математике "Цилиндр"

2. Найти площадь поверхности прямоугольного параллелепипеда

площадью поверхности геометрического тела

a , b , c стороны параллелепипеда

Формула площади поверхности параллелепипеда, (S):

площадью поверхности геометрического тела

Видео:Математика без Ху!ни. Определенные интегралы, часть 3. Площадь фигуры.Скачать

Математика без Ху!ни. Определенные интегралы, часть 3. Площадь фигуры.

3. Найти площадь поверхности шара, сферы

площадью поверхности геометрического тела

R — радиус сферы

Формула площади поверхности шара (S):

площадью поверхности геометрического тела

Видео:Геометрия 11 класс (Урок№7 - Конус.)Скачать

Геометрия 11 класс (Урок№7 - Конус.)

4. Найти площадь боковой и полной поверхности цилиндра

площадью поверхности геометрического тела

r — радиус основания

h — высота цилиндра

Формула площади боковой поверхности цилиндра, (S бок ):

площадью поверхности геометрического тела

Формула площади всей поверхности цилиндра, (S):

площадью поверхности геометрического тела

Видео:Геометрия 9 класс (Урок№34 - Тела и поверхности вращения.)Скачать

Геометрия 9 класс (Урок№34 - Тела и поверхности вращения.)

5. Площадь поверхности прямого, кругового конуса

площадью поверхности геометрического тела

R — радиус основания конуса

H — высота

L — образующая конуса

Формула площади боковой поверхности конуса, через радиус ( R ) и образующую ( L ), (S бок ):

площадью поверхности геометрического тела

Формула площади боковой поверхности конуса, через радиус ( R ) и высоту ( H ), (S бок ):

площадью поверхности геометрического тела

Формула площади полной поверхности конуса, через радиус ( R ) и образующую ( L ), (S):

площадью поверхности геометрического тела

Формула площади полной поверхности конуса, через радиус ( R ) и высоту ( H ), (S):

Видео:Площадь поверхности призмы. 11 класс.Скачать

Площадь поверхности призмы. 11 класс.

Площади поверхностей геометрических тел — определение и примеры с решением

Содержание:

Площади поверхностей геометрических тел:

Под площадью поверхности многогранника мы понимаем сумму площадей всех его граней. Как же определить площадь поверхности тела, не являющегося многогранником? На практике это делают так. Разбивают поверхность на такие части, которые уже мало отличаются от плоских. Тогда находят площади этих частей, как будто они являются плоскими. Сумма полученных площадей является приближенной площадью поверхности. Например, площадь крыши здания определяется как сумма площадей кусков листового металла. Еще лучше это видно на примере Земли. Приблизительно она имеет форму шара. Но площади небольших ее участков измеряют так, как будто эти участки являются плоскими. Более того, под площадью поверхности тела будем понимать предел площадей полных поверхностей описанных около него многогранников. При этом должно выполняться условие, при котором все точки поверхности этих многогранников становятся сколь угодно близкими к поверхности данного тела. Для конкретных тел вращения понятие описанного многогранника будет уточнено.

Видео:#110. Задание 8: площадь поверхности составного многогранникаСкачать

#110. Задание 8: площадь поверхности составного многогранника

Понятие площади поверхности

Рассмотрим периметры площадью поверхности геометрического тела

Применим данные соотношения к обоснованию формулы для площади боковой поверхности цилиндра.

При вычислении объема цилиндра были использованы правильные вписанные в него призмы. Найдем при помощи в чем-то аналогичных рассуждений площадь боковой поверхности цилиндра.

Опишем около данного цилиндра радиуса R и высоты h правильную n-угольную призму (рис. 220).

площадью поверхности геометрического тела

Площадь боковой поверхности призмы равна

площадью поверхности геометрического тела

где площадью поверхности геометрического тела— периметр основания призмы.

При неограниченном возрастании n получим:

площадью поверхности геометрического тела

так как периметры оснований призмы стремятся к длине окружности основания цилиндра, то есть к площадью поверхности геометрического тела

Учитывая, что сумма площадей двух оснований призмы стремится к площадью поверхности геометрического тела, получаем, что площадь полной поверхности цилиндра равна площадью поверхности геометрического тела. Но сумма площадей двух оснований цилиндра равна площадью поверхности геометрического тела. Поэтому найденную величину S принимают за площадь боковой поверхности цилиндра.

Итак, площадь боковой поверхности цилиндра вычисляется по формуле

площадью поверхности геометрического тела

где R — радиус цилиндра, h — его высота.

Заметим, что эта формула аналогична соответствующей формуле площади боковой поверхности прямой призмы площадью поверхности геометрического тела

За площадь полной поверхности цилиндра принимается сумма площадей боковой поверхности и двух оснований:

площадью поверхности геометрического тела

Если боковую поверхность цилиндра радиуса R и высоты h разрезать по образующей АВ и развернуть на плоскость, то в результате получим прямоугольник площадью поверхности геометрического телакоторый называется разверткой боковой поверхности цилиндра (рис. 221).

Очевидно, что сторона площадью поверхности геометрического телаэтого прямоугольника есть развертка окружности основания цилиндра, следовательно, площадью поверхности геометрического тела. Сторона АВ равна образующей цилиндра, то есть АВ = h. Значит, площадь развертки боковой поверхности цилиндра равна площадью поверхности геометрического тела. Таким образом, площадь боковой поверхности цилиндра равна площади ее развертки.

площадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического тела

площадью поверхности геометрического тела

Пример:

Параллельно оси цилиндра на расстоянии d от нее проведена плоскость, отсекающая от основания дугу площадью поверхности геометрического тела. Диагональ полученного сечения наклонена к плоскости основания под углом а. Определите площадь боковой поверхности цилиндра.

Решение:

Пусть дан цилиндр, в основаниях которого лежат равные круги с центрами площадью поверхности геометрического тела площадью поверхности геометрического тела— ось цилиндра. Рассмотрим плоскость, параллельную площадью поверхности геометрического тела. Сечение цилиндра данной плоскостью представляет собой прямоугольник площадью поверхности геометрического тела(рис. 222).

Пусть хорда АВ отсекает от окружности основания дугу площадью поверхности геометрического тела. Тогда, по определению, площадью поверхности геометрического тела. Так как образующие цилиндра перпендикулярны основаниям, площадью поверхности геометрического тела. Значит, АВ — проекция площадью поверхности геометрического телана плоскость АОВ, тогда угол между площадью поверхности геометрического телаи плоскостью АОВ равен углу площадью поверхности геометрического тела. По условию площадью поверхности геометрического тела.

В равнобедренном треугольнике площадью поверхности геометрического телапроведем медиану ОК. Тогда O площадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического телаТак как площадью поверхности геометрического телато площадью поверхности геометрического телапо признаку перпендикулярных плоскостей. Но тогда площадью поверхности геометрического телапо свойству перпендикулярных плоскостей. Значит, ОК — расстояние между точкой О и плоскостью площадью поверхности геометрического тела. Учитывая, что площадью поверхности геометрического тела, по определению расстояния между параллельными прямой и плоскостью получаем, что ОК равно расстоянию между площадью поверхности геометрического телаи плоскостью площадью поверхности геометрического тела. По условию OK = d. Из прямоугольного треугольника АКО

площадью поверхности геометрического телаимеем: площадью поверхности геометрического тела

откуда площадью поверхности геометрического телаИз прямоугольного треугольника площадью поверхности геометрического тела

площадью поверхности геометрического тела

Итак, площадью поверхности геометрического тела

В случае, когда площадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического тела

площадью поверхности геометрического тела

Аналогично предыдущему, и в этом случае получаем тот же результат для площади боковой поверхности.

Ответ:площадью поверхности геометрического тела

Площадь поверхности конуса и усеченного конуса

Связь между цилиндрами и призмами полностью аналогична связи между конусами и пирамидами. В частности, это касается формул для площадей их боковых поверхностей.

Опишем около данного конуса с радиусом основания R и образующей I правильную л-угольную пирамиду (рис. 223). Площадь ее боковой поверхности равна

площадью поверхности геометрического тела

где площадью поверхности геометрического тела— периметр основания пирамиды, площадью поверхности геометрического тела— апофема.

площадью поверхности геометрического тела

При неограниченном возрастании n получим:

площадью поверхности геометрического тела

так как периметры оснований пирамиды стремятся к длине окружности основания конуса, а апофемы площадью поверхности геометрического теларавны I.

Учитывая, что площадь основания пирамиды стремится к площадью поверхности геометрического тела, получаем, что площадь полной поверхности конуса равна площадью поверхности геометрического тела. Но площадь основания конуса равна площадью поверхности геометрического тела. Поэтому найденную величину S принимают за площадь боковой поверхности конуса. Итак, площадь боковой поверхности конуса вычисляется по формуле

площадью поверхности геометрического тела

где R — радиус основания, I — образующая.

За площадь полной поверхности конуса принимается сумма площадей его основания и боковой поверхности:

площадью поверхности геометрического тела

Если боковую поверхность конуса разрезать по образующей РА и развернуть на плоскость, то в результате получим круговой сектор площадью поверхности геометрического телакоторый называется разверткой боковой поверхности конуса (рис. 224).

площадью поверхности геометрического тела

Очевидно, что радиус сектора развертки равен образующей конуса I, а длина дуги площадью поверхности геометрического тела— длине окружности основания конуса, то есть площадью поверхности геометрического тела. Учитывая, что площадь соответствующего круга равна площадью поверхности геометрического тела, получаем: площадью поверхности геометрического тела, значит, площадью поверхности геометрического телаТаким образом, площадь боковой поверхности конуса равна площади ее развертки.

Учитывая формулу для площади боковой поверхности конуса, нетрудно найти площадь боковой поверхности усеченного конуса.

Рассмотрим усеченный конус, полученный при пересечении конуса с вершиной Р некоторой секущей плоскостью (рис. 225).

Пусть площадью поверхности геометрического тела— образующая усеченного конуса площадью поверхности геометрического телаточки площадью поверхности геометрического тела— центры большего и меньшего оснований с радиусами R и г соответственно. Тогда площадь боковой поверхности усеченного конуса равна разности площадей боковых поверхностей двух конусов:

площадью поверхности геометрического тела

Из подобия треугольников площадью поверхности геометрического тела

следует, что площадью поверхности геометрического тела

Тогда получаем площадью поверхности геометрического тела

Таким образом, площадью поверхности геометрического тела

Итак, мы получили формулу для вычисления площади боковой поверхности усеченного конуса: площадью поверхности геометрического тела, где R и г — радиусы оснований усеченного конуса, I — его образующая.

Отсюда ясно, что площадь полной поверхности усеченного конуса равна площадью поверхности геометрического тела

Такой же результат можно было бы получить, если найти площадь развертки боковой поверхности усеченного конуса или использовать правильные усеченные пирамиды, описанные около него. Попробуйте дать соответствующие определения и провести необходимые рассуждения самостоятельно.

Связь между площадями поверхностей и объемами

При рассмотрении объемов и площадей поверхностей цилиндра и конуса мы видели, что существует тесная взаимосвязь между этими фигурами и призмами и пирамидами соответственно. Оказывается, что и сфера (шар), вписанная в многогранник, связана с величиной его объема.

Определение:

Сфера (шар) называется вписанной в выпуклый многогранник, если она касается каждой его грани.

При этом многогранник называется описанным около данной сферы (рис. 226).

Рассмотрим, например, сферу, вписанную в тетраэдр (рис. 227).

площадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического тела

Плоскости, содержащие грани тетраэдра, являются касательными к вписанной сфере, а точки касания лежат в гранях тетраэдра. Заметим, что по доказанному в п. 14.2 радиусы вписанной сферы, проведенные в точку касания с поверхностью многогранника, перпендикулярны плоскостям граней этого многогранника.

Для описанных многоугольников на плоскости было доказано, что их площадь равна произведению полупериметра на радиус вписанной окружности. Аналогичное свойство связывает объем описанного многогранника и площадь его поверхности.

Теорема (о связи площади поверхности и объема описанного многогранника)

Объем описанного многогранника вычисляется по формуле

площадью поверхности геометрического тела

где площадью поверхности геометрического тела— площадь полной поверхности многогранника, г — радиус вписанной сферы.

Соединим центр вписанной сферы О со всеми вершинами многогранника площадью поверхности геометрического тела(рис. 228). Получим n пирамид, основаниями которых являются грани многогранника, вершины совпадают с точкой О, высоты равны г. Тогда объем многогранника, по аксиоме, равен сумме объемов этих пирамид. Используя формулу объема пирамиды, найдем объем данного многогранника:

площадью поверхности геометрического тела

где площадью поверхности геометрического тела— площади граней многогранника.

Оказывается, что в любой тетраэдр можно вписать сферу, и только одну. Но не каждый выпуклый многогранник обладает этим свойством.

Рассматривают также сферы, описанные около многогранника.

Определение:

Сфера называется описанной около многогранника, если все его вершины лежат на сфере.

При этом многогранник называется вписанным в сферу (рис. 229).

площадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического тела

Также считается, что соответствующий шар описан около многогранника.

Около любого тетраэдра можно описать единственную сферу, но не каждый многогранник обладает соответствующим свойством.

Площадь сферы

Применим полученную связь для объемов и площадей поверхностей описанных многогранников к выводу формулы площади сферы.

Опишем около сферы радиуса R выпуклый многогранник (рис. 230).

Пусть S’ — площадь полной поверхности данного многогранника, а любые две точки одной грани удалены друг от друга меньше чем на е. Тогда объем многогранника равенплощадью поверхности геометрического тела. Рассмотрим расстояние от центра сферы О до любой вершины многогранника, например А1 (рис. 231).

По неравенству треугольника площадью поверхности геометрического тела площадью поверхности геометрического телагде О’ — точка касания. Отсюда следует, что все вершины данного многогранника лежат внутри шара с центром О и радиусом площадью поверхности геометрического тела.

Итак, объем V данного многогранника больше объема шара радиуса R и меньше объема шара радиуса площадью поверхности геометрического тела, то есть площадью поверхности геометрического тела

Отсюда получаем площадью поверхности геометрического тела

Если неограниченно уменьшать размеры граней многогранника, то есть при е, стремящемся к нулю, левая и правая части последнего неравенства будут стремиться к площадью поверхности геометрического тела, а многогранник все плотнее примыкать к сфере. Поэтому полученную величину для предела S’ принимают за площадь сферы.

Итак, площадь сферы радиуса R вычисляется по формуле площадью поверхности геометрического тела

Доказанная формула означает, что площадь сферы равна четырем площадям ее большого круга (рис. 232).

площадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического тела

Исходя из аналогичных рассуждений, можно получить формулу для площади сферической части шарового сегмента с высотой Н:

площадью поверхности геометрического тела

Оказывается, что эта формула справедлива и для площади сферической поверхности шарового слоя (пояса):

площадью поверхности геометрического тела

где Н — высота слоя (пояса).

Справочный материал

Формулы объемов и площадей поверхностей геометрических тел

площадью поверхности геометрического тела

площадью поверхности геометрического тела

Историческая справка

Многие формулы для вычисления объемов многогранников были известны уже в Древнем Египте. В так называемом Московском папирусе, созданном около 4000 лет назад, вероятно, впервые в истории вычисляется объем усеченной пирамиды. Но четкие доказательства большинства формул для объемов появились позднее, в работах древнегреческих ученых.

Так, доказательства формул для объемов конуса и пирамиды связаны с именами Демокрита из Абдеры (ок. 460-370 гг. до н. э.) и Евдокса Книдского (ок. 408-355 гг. до н. э.). На основании их идей выдающийся математик и механик Архимед (287-212 гг. до н. э.) вычислил объем шара, нашел формулы для площадей поверхностей цилиндра, конуса, сферьГг

Дальнейшее развитие методы, предложенные Архимедом, получили благодаря трудам средневекового итальянского монаха и математика Бонавентуры Кавальери (1598-1647). В своей книге «Геометрия неделимых» он сформулировал принцип сравнения объемов, при котором используются площади сечений. Его рассуждения стали основой интегральных методов вычисления объемов, разработанных Исааком Ньютоном (1642 (1643)-1727) и Готфридом Вильгельмом фон Лейбницем (1646-1716). Во многих учебниках по геометрии объем пирамиды находится с помощью * чертовой лестницы» — варианта древнегреческого метода вычерпывания, предложенного французским математиком А. М. Лежандром (1752-1833).

площадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического тела

На II Международном конгрессе математиков, который состоялся в 1900 году в Париже, Давид Гильберт сформулировал, в частности, такую проблему: верно ли, что любые два равновеликих многогранника являются равносоставленными? Уже через год отрицательный ответ на этот вопрос был обоснован учеником Гильберта Максом Деном (1878-1952). Другое доказательство этого факта предложил в 1903 году известный геометр В. Ф. Каган, который в начале XX века вел плодотворную научную и просветительскую деятельность в Одессе. В частности, из работ Дена и Кагана следует, что доказательство формулы объема пирамиды невозможно без применения пределов.

Весомый вклад в развитие теории площадей поверхностей внесли немецкие математики XIX века. Так, в 1890 году Карл Герман Аман-дус Шварц (1843-1921) построил пример последовательности многогранных поверхностей, вписанных в боковую поверхность цилиндра («сапог Шварца»). Уменьшение их граней не приводит к приближению суммы площадей этих граней к площади боковой поверхности цилиндра. Это стало толчком к созданию выдающимся немецким математиком и физиком Германом Минков-ским (1864-1909) современной теории площадей поверхностей, в которой последние связаны с объемом слоя около данной поверхности.

Учитывая огромный вклад Архимеда в развитие математики, в частности теории объемов и площадей поверхностей, именно его изобразили на Филдсовской медали — самой почетной в мире награде для молодых математиков. В 1990 году ею был награжден Владимир Дрин-фельд (род. в 1954 г.), который учился и некоторое время работал в Харькове. Вот так юные таланты, успешно изучающие геометрию в школе, становятся в дальнейшем всемирно известными учеными.

площадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического тела

площадью поверхности геометрического тела

Уравнения фигур в пространстве

Напомним, что уравнением фигуры F на плоскости называется уравнение, которому удовлетворяют координаты любой точки фигуры F и не удовлетворяют координаты ни одной точки, не принадлежащей фигуре F. Так же определяют и уравнение фигуры в пространстве; но, в отличие от плоскости, где уравнение фигуры содержит две переменные х и у, в пространстве уравнение фигуры является уравнением с тремя переменными х, у и z.

Выведем уравнение плоскости, прямой и сферы в пространстве. Для получения уравнения плоскости рассмотрим в прямоугольной системе координат плоскость а (рис. 233) и определим свойство, с помощью которого можно описать принадлежность произвольной точки данной плоскости. Пусть ненулевой вектор площадью поверхности геометрического телаперпендикулярен а (то есть принадлежит прямой, перпендикулярной данной плоскости,— такой вектор называют вектором нормали или нормалью к плоскости а), а точка площадью поверхности геометрического телапринадлежит данной плоскости.

Так как площадью поверхности геометрического тела, то вектор га перпендикулярен любому вектору плоскости а. Поэтому если площадью поверхности геометрического тела— произвольная точка плоскости а, то площадью поверхности геометрического тела, то есть площадью поверхности геометрического тела. Более того, если векторы площадью поверхности геометрического телаперпендикулярны, то, поскольку плоскость, проходящая через точку М0 перпендикулярно вектору площадью поверхности геометрического тела, единственна, имеем площадью поверхности геометрического тела, то есть площадью поверхности геометрического тела. Таким образом, уравнение площадью поверхности геометрического тела— критерий принадлежности точки М плоскости а. На основании этого векторного критерия выведем уравнение плоскости в пространстве.

Теорема (уравнение плоскости в пространстве)

В прямоугольной системе координат уравнение плоскости имеет вид площадью поверхности геометрического тела, где А, В, С и D — некоторые числа, причем числа А, В и С одновременно не равны нулю.

Запишем в координатной форме векторное равенство площадью поверхности геометрического тела, где площадью поверхности геометрического тела— вектор нормали к данной плоскости, площадью поверхности геометрического тела— фиксированная точка плоскости, M(x;y;z) — произвольная точка плоскости. Имеем площадью поверхности геометрического тела

Следовательно, площадью поверхности геометрического тела

После раскрытия скобок и приведения подобных членов это уравнение примет вид: площадью поверхности геометрического тела

Обозначив числовое выражение в скобках через D, получим искомое уравнение, в котором числа А, В и С одновременно не равны нулю, так как площадью поверхности геометрического тела.

Покажем теперь, что любое уравнение вида Ах + Ву +Cz+D = 0 задает в пространстве плоскость. Действительно, пусть площадью поверхности геометрического тела— одно из решений данного уравнения. Тогда площадью поверхности геометрического тела. Вычитая это равенство из данного, получим площадью поверхности геометрического телаТак как это уравнение является координатной записью векторного равенства площадью поверхности геометрического тела, то оно является уравнением плоскости, проходящей через точку площадью поверхности геометрического телаперпендикулярно вектору площадью поверхности геометрического тела.

Обратим внимание на то, что в доказательстве теоремы приведен способ составления уравнения плоскости по данным координатам произвольной точки плоскости и вектора нормали.

Пример:

Напишите уравнение плоскости, которая перпендикулярна отрезку MN и проходит через его середину, если М<-1;2;3), N(5;-4;-1).

Решение:

Найдем координаты точки О — середины отрезка MN:

площадью поверхности геометрического тела

Значит, О (2; -1; l). Так как данная плоскость перпендикулярна отрезку MN, то вектор площадью поверхности геометрического тела— вектор нормали к данной плоскости. Поэтому искомое уравнение имеет вид: площадью поверхности геометрического тела.

И наконец, так как данная плоскость проходит через точку О(2;-l;l), то, подставив координаты этой точки в уравнение, получим: площадью поверхности геометрического тела

Таким образом, уравнение площадью поверхности геометрического телаискомое.

Ответ: площадью поверхности геометрического тела

Заметим, что правильным ответом в данной задаче является также любое уравнение, полученное из приведенного умножением обеих частей на число, отличное от нуля.

Значения коэффициентов А, В, С и D в уравнении плоскости определяют особенности расположения плоскости в системе координат. В частности:

  • если площадью поверхности геометрического тела, уравнение плоскости примет вид Ax+By+Cz = 0; очевидно, что такая плоскость проходит через начало координат (рис. 234, а);
  • если один из коэффициентов А, В и С равен нулю, a площадью поверхности геометрического тела, плоскость параллельна одной из координатных осей: например, при условии А = 0 вектор нормали площадью поверхности геометрического телаперпендикулярен оси Ох, а плоскость By + Cz + D = Q параллельна оси Ох (рис. 234, б)
  • если два из коэффициентов А, В и С равны нулю, а площадью поверхности геометрического тела, плоскость параллельна одной из координатных плоскостей: например, при условиях А = 0 и В-О вектор нормали площадью поверхности геометрического телаперпендикулярен плоскости Оху, а плоскость Cz+D = 0 параллельна плоскости Оху (рис. 234, в);
  • если два из коэффициентов А, В и С равны нулю и D = 0, плоскость совпадает с одной из координатных плоскостей: например, при условиях площадью поверхности геометрического телаи В = С = D = 0 уравнение плоскости имеет вид Ах = О, или х= 0, то есть является уравнением плоскости Оуz (рис. 234, г).

Предлагаем вам самостоятельно составить полную таблицу частных случаев расположения плоскости Ax + By+Cz+D = 0 в прямоугольной системе координат в зависимости от значений коэффициентов А, В, С и D.

площадью поверхности геометрического тела

Пример: (о расстоянии от точки до плоскости)

Расстояние от точки площадью поверхности геометрического теладо плоскости а, заданной уравнением Ax + By + Cz+D = О, вычисляется по формуле

площадью поверхности геометрического телаДокажите.

Решение:

Если площадью поверхности геометрического тела, то по уравнению плоскости площадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического тела, откуда площадью поверхности геометрического тела= 0.

Если площадью поверхности геометрического тела, то проведем перпендикуляр КМ к плоскости a, площадью поверхности геометрического тела.

Тогда площадью поверхности геометрического тела, поэтому площадью поверхности геометрического тела, то есть площадью поверхности геометрического тела. Так как площадью поверхности геометрического тела, то площадью поверхности геометрического тела, откуда площадью поверхности геометрического тела

Таким образом, площадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического тела

Рассмотрим теперь возможность описания прямой в пространстве с помощью уравнений.

Пусть в пространстве дана прямая k (рис. 235). Выберем ненулевой вектор площадью поверхности геометрического тела, параллельный данной прямой или принадлежащий ей (такой вектор называют направляющим вектором прямой k), и зафиксируем точку площадью поверхности геометрического тела, принадлежащую данной прямой. Тогда произвольная точка пространства М (х; у; z) будет принадлежать прямой k в том и только в том случае, когда векторы площадью поверхности геометрического телаколлинеарны, то есть существует число t такое, что площадью поверхности геометрического тела

Представим это векторное равенство в координатной форме. Если ни одна из координат направляющего вектора не равна нулю, из данного равенства можно выразить t и приравнять полученные результаты:

площадью поверхности геометрического тела

Эти равенства называют каноническими уравнениями прямой в пространстве.

площадью поверхности геометрического тела

Пример:

Напишите уравнение прямой, проходящей через точки А(1;-3;2) и В(-l;0;l).

Решение:

Так как точки А и В принадлежат данной прямой, то площадью поверхности геометрического тела— направляющий вектор прямой АВ. Таким образом, подставив вместо площадью поверхности геометрического телакоординаты точки А, получим уравнение прямой АВ:

площадью поверхности геометрического тела

Ответ:площадью поверхности геометрического тела

Заметим, что ответ в этой задаче может иметь и другой вид: так, в числителях дробей можно использовать координаты точки В, а как направляющий вектор рассматривать любой ненулевой вектор, коллинеарный площадью поверхности геометрического тела(например, вектор площадью поверхности геометрического тела).

Вообще, если прямая в пространстве задана двумя точками площадью поверхности геометрического тела, то площадью поверхности геометрического тела— направляющий вектор прямой, а в случае, если соответствующие координаты данных точек не совпадают, канонические уравнения прямой площадью поверхности геометрического телаимеют вид площадью поверхности геометрического тела

С помощью уравнений удобно исследовать взаимное расположение прямых и плоскостей в пространстве. Рассмотрим прямые площадью поверхности геометрического теланаправляющими векторами площадью поверхности геометрического теласоответственно. Определение угла между данными прямыми связано с определением угла между их направляющими векторами. Действительно, пусть ф — угол между прямыми площадью поверхности геометрического тела. Так как по определению площадью поверхности геометрического тела, а угол между векторами может быть больше 90°, то площадью поверхности геометрического телалибо равен углу ср (рис. 236, а), либо дополняет его до 180° (рис. 236, б).

площадью поверхности геометрического тела

Так как cos(l80°-ф) = -coscp, имеем площадью поверхности геометрического тела, то есть

площадью поверхности геометрического тела

Отсюда, в частности, следует необходимое и достаточное условие перпендикулярности прямых площадью поверхности геометрического тела:

площадью поверхности геометрического тела

Кроме того, прямые площадью поверхности геометрического телапараллельны тогда и только тогда, когда их направляющие векторы коллинеарны, то есть существует число t такое, что площадью поверхности геометрического тела, или, при условии отсутствия у векторов р и q нулевых координат,

площадью поверхности геометрического тела

Проанализируем теперь отдельные случаи взаимного расположения двух плоскостей в пространстве. Очевидно, что если площадью поверхности геометрического тела—вектор нормали к плоскости а, то все ненулевые векторы, коллинеарные л, также являются векторами нормали к плоскости а. Из этого следует, что две плоскости, заданные уравнениями площадью поверхности геометрического тела:

  • совпадают, если существует число t такое, что площадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического тела, или, если числа площадью поверхности геометрического теланенулевые площадью поверхности геометрического тела
  • параллельны, если существует число t такое, что площадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического тела, или, если координаты площадью поверхности геометрического теланенулевые, площадью поверхности геометрического тела(на практике это означает, что уравнения данных плоскостей можно привести к виду Ax+By+Cz+D1= 0 и Ax+By+Cz+D2=0, где площадью поверхности геометрического тела).

В остальных случаях данные плоскости площадью поверхности геометрического телапересекаются, причем угол между ними связан с углом между векторами нормалей площадью поверхности геометрического телаи площадью поверхности геометрического тела. Предлагаем вам самостоятельно обосновать формулу для определения угла между плоскостями площадью поверхности геометрического тела:

площадью поверхности геометрического тела

В частности, необходимое и достаточное условие перпендикулярности плоскостей площадью поверхности геометрического телавыражается равенством площадью поверхности геометрического тела.

Заметим также, что прямая в пространстве может быть описана как линия пересечения двух плоскостей, то есть системой уравнений

площадью поверхности геометрического тела

где векторы площадью поверхности геометрического телане коллинеарны.

Пример:

Напишите уравнение плоскости, которая проходит через точку М(4;2;3) и параллельна плоскости x-y + 2z-S = 0.

Решение:

Так как искомая плоскость параллельна данной, то вектор нормали к данной плоскости площадью поверхности геометрического телаявляется также вектором нормали к искомой плоскости. Значит, искомое уравнение имеет вид площадью поверхности геометрического тела. Так как точка М принадлежит искомой плоскости, ее координаты удовлетворяют уравнению плоскости, то есть 4-2 + 2-3 + 2) = 0, D = -8. Следовательно, уравнение x-y+2z-8=0 искомое.

Аналогично уравнению окружности на плоскости, в пространственной декартовой системе координат можно вывести уравнение сферы с заданным центром и радиусом.

Теорема (уравнение сферы)

В прямоугольной системе координат уравнение сферы радиуса R с центром в точке площадью поверхности геометрического телаимеет вид площадью поверхности геометрического телаДоказательство

Пусть площадью поверхности геометрического тела— произвольная точка сферы радиуса R с центром площадью поверхности геометрического тела (рис. 237). Расстояние между точками О и М вычисляется по формуле площадью поверхности геометрического тела

площадью поверхности геометрического тела

Так как OM=R, то есть ОМ 2 = R 2 , то координаты точки М удовлетворяют уравнению площадью поверхности геометрического тела. Если же точка М не является точкой сферы, то площадью поверхности геометрического тела, значит, координаты точки М не удовлетворяют данному уравнению.

Сфера радиуса R с центром в начале координат задается уравнением вида

площадью поверхности геометрического тела

Заметим, что фигуры в пространстве, как и на плоскости, могут задаваться не только уравнениями, но и неравенствами. Например, шар радиуса R с центром в точке площадью поверхности геометрического тела задается неравенством площадью поверхности геометрического тела(убедитесь в этом самостоятельно).

Пример:

Напишите уравнение сферы с центром А (2;-8; 16), которая проходит через начало координат.

Решение:

Так как данная сфера проходит через точку 0(0;0;0), то отрезок АО является ее радиусом. Значит,

площадью поверхности геометрического тела

Таким образом, искомое уравнение имеет вид:

площадью поверхности геометрического тела

Ответ: площадью поверхности геометрического тела

Доказательство формулы объема прямоугольного параллелепипеда

Теорема (формула объема прямоугольного параллелепипеда)

Объем прямоугольного параллелепипеда равен произведению трех его измерений:

площадью поверхности геометрического тела

где площадью поверхности геометрического тела— измерения параллелепипеда.

Докажем сначала, что объемы двух прямоугольных параллелепипедов с равными основаниями относятся как длины их высот.

Пусть площадью поверхности геометрического тела— два прямоугольных параллелепипеда с равными основаниями и объемами площадью поверхности геометрического теласоответственно. Совместим данные параллелепипеды. Для этого достаточно совместить их основания. Теперь рассмотрим объемы параллелепипедов площадью поверхности геометрического тела(рис. 238). Для определенности будем считать, что площадью поверхности геометрического тела. Разобьем ребро площадью поверхности геометрического телана n равных отрезков. Пусть на отрезке площадью поверхности геометрического телалежит m точек деления. Тогда:

площадью поверхности геометрического тела

проведем через точки деления параллельные основанию ABCD (рис. 239). Они разобьют параллелепипед площадью поверхности геометрического телана n равных параллелепипедов. Каждый из них имеет объем площадью поверхности геометрического тела. Очевидно, что параллелепиппед площадью поверхности геометрического теласодержит в себе объединение m параллелепипедов и сам содержится в объединении площадью поверхности геометрического телапараллелепипедов.

площадью поверхности геометрического телаплощадью поверхности геометрического тела

Таким образом, площадью поверхности геометрического телаоткуда площадью поверхности геометрического телаили площадью поверхности геометрического тела

Сравнивая выражения (1) и (2), видим, что оба отношения площадью поверхности геометрического теланаходятся между площадью поверхности геометрического тела, то есть отличаются не больше чем на площадью поверхности геометрического телаДокажем методом от противного, что эти отношения равны.

Допустим, что это не так, то есть площадью поверхности геометрического телаТогда найдется такое натуральное число n, что площадью поверхности геометрического телаОтсюда площадью поверхности геометрического телаИз полученного противоречия следует, что площадью поверхности геометрического телато есть объемы двух прямоугольных параллелепипедов с равными основаниями относятся как длины их высот.

Рассмотрим теперь прямоугольные параллелепипеды с измерениями площадью поверхности геометрического телаобъемы которых равны V, площадью поверхности геометрического теласоответственно (рис. 240).

площадью поверхности геометрического тела

По аксиоме объема V3 =1. По доказанному площадью поверхности геометрического тела площадью поверхности геометрического телаПеремножив эти отношения, получим: V = abc.

* Выберем площадью поверхности геометрического тела, например, площадью поверхности геометрического тела, где площадью поверхности геометрического тела— целая часть дроби площадью поверхности геометрического тела.

Рекомендую подробно изучить предметы:
  • Геометрия
  • Аналитическая геометрия
  • Начертательная геометрия
Ещё лекции с примерами решения и объяснением:
  • Вычисление площадей плоских фигур
  • Преобразование фигур в геометрии
  • Многоугольник
  • Площадь многоугольника
  • Решение задач на вычисление площадей
  • Тела вращения: цилиндр, конус, шар
  • Четырехугольник
  • Площади фигур в геометрии

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:Миникурс по геометрии. Куб, призма, цилиндр и конусСкачать

Миникурс по геометрии. Куб, призма, цилиндр и конус

Формулы площади поверхности геометрических фигур

Видео:Пересечение двух цилиндров: объем и площадь поверхности через двойной интегралСкачать

Пересечение двух цилиндров: объем и площадь поверхности через двойной интеграл

Площадь куба

площадью поверхности геометрического тела

Площадь поверхности куба равна квадрату длины его грани умноженному на шесть.

Формула площади куба:

Видео:Площади поверхностей и объемы геометрических телСкачать

Площади поверхностей и объемы геометрических тел

Площадь прямоугольного параллелепипеда

площадью поверхности геометрического тела

Формула площади поверхности прямоугольного параллелепипеда:

Видео:Математика | Объём в жизни и в математикеСкачать

Математика | Объём в жизни и в математике

Площадь цилиндра

площадью поверхности геометрического тела

Площадь боковой поверхности круглого цилиндра равна произведению периметра его основания на высоту.

Формула для вычисления площади боковой поверхности цилиндра:

Площадь полной поверхности круглого цилиндра равна сумме площади боковой поверхности цилиндра и удвоенной площади основания.

Формула для вычисления площади полной поверхности цилиндра:

Видео:Площадь поверхности различных геометрических тел ЕГЭ ФИПИСкачать

Площадь поверхности различных геометрических тел ЕГЭ ФИПИ

Площадь конуса

площадью поверхности геометрического тела

Площадь боковой поверхности конуса равна произведению его радиуса и образующей умноженному на число π .

Формула площади боковой поверхности конуса:

Площадь полной поверхности конуса равна сумме площади основания конуса и площади боковой поверхности.

Формула площади полной поверхности конуса:

Видео:Занятие 34 Площади поверхности и объёмы геометрических телСкачать

Занятие 34  Площади поверхности и объёмы геометрических тел

Площадь шара

Формулы площади шара:

площадью поверхности геометрического тела

Площадь поверхности шара равна четырем его радиусам в квадрате умноженным на число π .

Площадь поверхности шара равна квадрату его диаметра умноженного на число π .

Любые нецензурные комментарии будут удалены, а их авторы занесены в черный список!

Добро пожаловать на OnlineMSchool.
Меня зовут Довжик Михаил Викторович. Я владелец и автор этого сайта, мною написан весь теоретический материал, а также разработаны онлайн упражнения и калькуляторы, которыми Вы можете воспользоваться для изучения математики.

🎬 Видео

Геометрические тела.Скачать

Геометрические тела.

Конус. 11 класс.Скачать

Конус. 11 класс.

Построение линии пересечения поверхности пирамиды с проецирующей плоскостьюСкачать

Построение линии пересечения поверхности пирамиды с проецирующей плоскостью

Геометрические тела.Скачать

Геометрические тела.

Площадь поверхности различных геометрических тел ЕГЭ профиль ФИПИСкачать

Площадь поверхности различных геометрических тел ЕГЭ профиль  ФИПИ

Инженерная графика Аксонометрические проекции геометрических тел Часть 2Скачать

Инженерная графика  Аксонометрические проекции геометрических тел  Часть 2
Поделиться или сохранить к себе: