Тетраэдр и параллелепипед доклад

Обновлено: 06.05.2024

Тетраэдр - это частный случай правильной треугольной пирамиды.

Тетраэдр — правильный многогранник (четырёхгранный), имеющий 4 грани, они, в свою очередь, оказываются правильными треугольниками. У тетраэдра 4 вершины, к каждой из них сходится 3 ребра. Общее количество ребер у тетраэдра 6.

Медиана тетраэдра - это отрезок, который соединяет вершину тетраэдра и точку пересечения медиан противоположной грани (медиан равностороннего треугольника, который противолежит вершине).

Бимедиана тетраэдра - это отрезок, который соединяет середины рёбер, что скрещиваются (соединяет середины сторон треугольника, который есть одной из граней тетраэдра).

Высота тетраэдра - это отрезок, который соединяет вершину и точку противоположной грани и перпендикулярен этой грани (т.е. это высота, проведенная от всякой грани, кроме того, совпадает с центром описанной окружности).

Свойства тетраэдра.

Параллельные плоскости, которые проходят через пары рёбер тетраэдра, что скрещиваются, и определяют описанный параллелепипед около тетраэдра.

Плоскость, которая проходит сквозь середины 2-х рёбер тетраэдра, что скрещиваются, и делит его на 2 части, одинаковые по объему.

Все медианы и бимедианы тетраэдра пересекаются в одной точке. Эта точка делит медианы в отношении 3:1, если считать от вершины. Она же делит бимедианы на две равные части.

Типы тетраэдров.

Правильный тетраэдр - это такая правильная треугольная пирамида, каждая из граней которой оказывается равносторонним треугольником.

У правильного тетраэдра каждый двугранный угол при рёбрах и каждый трёхгранный угол при вершинах имеют одинаковую величину.

Тетраэдр состоит из 4 граней, 4 вершин и 6 ребер.

Правильный тетраэдр - это один из 5-ти правильных многогранников.

Кроме правильного тетраэдра, заслуживают внимания такие типы тетраэдров:

- Равногранный тетраэдр, у него каждая грань представляет собой треугольник. Все грани-треугольники такого тетраэдра равны.

- Ортоцентрический тетраэдр, у него каждая высота, опущенная из вершин на противоположную грань, пересекается с остальными в одной точке.

- Прямоугольный тетраэдр, у него каждое ребро, прилежащее к одной из вершин, перпендикулярно другим ребрам, прилежащим к этой же вершине.

- Каркасный тетраэдр — тетраэдр, который таким условиям:

есть сфера, которая касается каждого ребра,
суммы длин ребер, что скрещиваются равны,
суммы двугранных углов при противоположных ребрах равны, , которые вписаны в грани, попарно касаются,
каждый четырехугольник, образующийся на развертке тетраэдра, — описанный,
перпендикуляры, поставленные к граням из центров окружностей, в них вписанных, пересекаются в одной точке.

- Соразмерный тетраэдр, бивысоты у него одинаковы.

- Инцентрический тетраэдр, у него отрезки, которые соединяют вершины тетраэдра с центрами окружностей, которые вписаны в противоположные грани, пересекаются в одной точке.

Формулы для определения элементов тетраэдра.

Высота тетраэдра:

где h - высота тетраэдра, a - ребро тетраэдра.

Объем тетраэдра рассчитывается по классической формуле объема пирамиды. В нее нужно подставить высоту тетраэдра и площадь правильного (равностороннего) треугольника.

Существует огромное количество разнообразных объемных фигур. Но самыми простыми среди них являются тетраэдр и параллелепипед.

План урока:

Тетраэдр

Пусть в пространстве есть точки М, Н, К, которые образуют ∆МНК и, таким образом, задают плоскость. Отметим в пространстве ещё одну точку Р, которая НЕ находится в плоскости МНК. Если мы соединим Р с вершинами ∆МНК, то получится объемная фигура. Её как раз именуют тетраэдром. Можно дать несколько различных определений тетраэдра, мы остановимся на следующем:

Легко увидеть, что гранями тетраэдра являются треугольники, в данном случае это ∆МРН, ∆МКР, ∆МНК и ∆РКН. Иногда одну из граней выделяют особенно и называют ее основанием тетраэдра. В этом случае три остальные грани именуют боковыми гранями тетраэдра.

Легко видеть, что есть всего 6 ребер тетраэдра. Действительно, назовем ∆МКН основанием тетраэдра. Оно, как и всякий треугольник, имеет 3 стороны. Ещё три ребра – это отрезки, соединяющие каждую из трех вершин ∆МКН с точкой Р. Перечислим грани, показанные на рисунке: МК, КН, МН, МР, НР и КР.

Заметим, что каждое ребро пересекается с четырьмя другими ребрами, и лишь с одним ребром скрещивается. Пары скрещивающихся ребер именуют противоположными ребрами. На рисунке противоположны друг другу грани РК и МН, МК и РН, МР и КН.

Тетраэдр называют простейшим многогранником. Действительно, у него всего 4 вершины, а меньшего количества вершин у многогранника быть не может (ведь любые три точки располагаются в одной плоскости). В этом тетраэдр во многом похож на треугольник – простейший из многоугольников. Как и треугольник, тетраэдр является очень жесткой конструкцией, поэтому его нередко используют в технике. Встречается тетраэдр и во многих научных дисциплинах, в том числе и в физике. Так, кристаллическая решетка алмаза, наиболее твердого материала на Земле, состоит из множества тетраэдров.

Наконец, отметим, есть особый, так называемый правильный тетраэдр. Его особенность заключается в том, что все его ребра имеют одинаковую длину.

Рассмотрим несколько задач.

Задание. Известно, что в тетраэдре АВСD:

Найдите длины ребер АВ, ВС и АС этого тетраэдра, а также площадь ∆АВС. Ответы округлите с точностью до целых.

Неизвестные стороны можно вычислить, применяя теорему косинусов для каждой грани тетраэдра. Запишем ее для ∆ADB:

Далее используем ∆ADC. Так как ∠ADC = 90°, то вместо теоремы косинусов можно записать ее частный случай – теорему Пифагора:

Осталось найти площадь ∆АВС. Так как нам известны длины всех его сторон, то удобнее всего воспользоваться формулой Герона. Напомним, что для ее использования надо предварительно рассчитать полупериметр треугольника:

Задание. На ребрах АВ и АС тетраэдра ABCD отмечены их середины – точки M и N соответственно. Верно ли, что плоскость BCD и прямая MN параллельны?

Так как отрезок MN соединяет середины сторона АС и АВ, то он является средней линией в ∆АВС. Это значит, что NM||ВС. Получается, что в плоскости ВСD есть прямая, параллельная NM. Ранее мы изучали теорему, согласно которой из этого факта следует, что MN либо параллельна BCD, либо полностью находится в ней. Очевидно, что MN не располагается в BCD, ведь в противном случае в BCD полностью находились бы прямые АС и АВ (в том числе и точка А), а по определению тетраэдра А находиться в плоскости BCD не может. Значит, остается один вариант – NM и BCD параллельны.

Задание. Верно ли, что плоскость, проходящая через середины трех ребер тетраэдра, обязательно будет параллельна одной из граней тетраэдра?

Решение. Обозначим вершины тетраэдра буквами М, Н, К, Р. Пусть плоскость будет проходить по точкам N, T и L, которые являются серединами ребер MP, HP и КР соответственно:

Ясно, что плоскость NTL пересекает как минимум три грани: РМН, РНК и РКМ, то есть она может быть параллельна только грани МНК.

Заметим, что TL – это средняя линия в ∆НРК, а NT – средняя линия в ∆РМН. Поэтому TL||НК и NT||МН.

Получается, что в плоскостях NTL и МНК есть по две пересекающихся прямых, которые попарно параллельны. В NTL ими являются NTи TL, а в МНК– МН и НК. Напомним, что по признаку параллельности плоскостей этого факта как раз достаточно, чтобы NTL и МНК считались параллельными плоскостями. То есть утверждение, приведенное в условии задачи, верно.

Параллелепипед

Построим в плоскости параллелограмм АВСD. Далее через каждую его вершину проведем прямые, которые пересекут плоскость параллелограмма и при этом будут параллельны. Отложим на каждой такой прямой точки А₁, В₁, С₁ и D₁ так, чтобы все они находись по одну сторону от плоскости АВСD и выполнялось равенство:

Заметим, что в таком случае четырехугольники АА₁D₁D, АВВ₁А₁, ВСС₁В₁ и СDD₁C₁ будут параллелограммами, ведь у каждого из них две противоположные стороны одинаковы и параллельны. Также можно убедиться, что отрезки А₁D₁ и В₁С₁ тоже параллельны и одинаковы по свойству транзитивности:

Это значит, что и А₁D₁C₁B₁– параллелограмм. Получается, что мы смогли построить многогранник с 6 гранями, каждая из которых является параллелограммом. Такой многогранник именуется параллелепипедом.

Легко подсчитать, что у параллелепипеда ровно 8 вершин и 12 ребер. Если у граней параллелепипеда есть общее ребро, то их называют смежными гранями. В противном случае грани именуются противоположными. Также противоположными могут быть и вершины параллелепипеда, если они не находятся на одной грани. Так, в приведенном выше примере противоположны вершины А и С₁, В и D₁, C и А₁, D и B₁.

Существуют также и диагонали параллелепипеда. Это прямые, соединяющие его противоположные вершины:

Иногда в параллелепипеде выбирают две противоположные грани и называют их основаниями параллелепипеда. В таком случае остальные четыре грани именуются боковыми гранями.

Сформулируем важное свойство параллелепипеда.

Действительно, рассмотрим параллелепипед АВСDА₁В₁С₁D₁:

Сравним грани АВВ₁А₁ и CDD₁C₁. СD||АВ как стороны в параллелограмме АВСD, а DD₁||А₁A уже как стороны в параллелограмме АА₁D₁D. По признаку параллельности плоскостей выходит, что грани АВВ₁А₁ и CDD₁C₁ параллельны, ведь они содержат пересекающиеся прямые (СDи DD₁ в CDD₁C₁, АВ и АА₁ в АВВ₁А₁), которые друг другу попарно параллельны.

Теперь продемонстрируем, что эти грани ещё и равны. Отрезки АВ и СD одинаковы, так как входят в состав параллелограмма АВСD. По той же причине одинаковы и отрезки АА₁ и DD₁ (они находятся в другом параллелограмме, в АА₁D₁D). Также одинаковы ∠СDD₁ и ∠ВАА₁, так как у этих углов стороны являются сонаправленными лучами. Равенства двух сторон и находящегося между ними угла достаточно для доказательства равенства параллелограммов АВВ₁А₁ и CDD₁C₁, ч. т. д.

Второе важное свойство параллелепипеда связано с его диагоналями.

Всего в параллелепипеде есть 4 диагонали. Докажем сначала утверждение только для двух диагоналей, например, для А₁С и В₁D. Рассмотрим четырехугольник А₁В₁СD. Две его стороны, А₁В₁ и СD, равны и параллельны третьему отрезку – D₁C₁. Тогда, по свойству транзитивности, можно утверждать, что они также параллельны и равны друг другу. Значит, А₁В₁СD – параллелограмм, причем А₁С и В₁D – его диагонали. Но мы знаем, что диагонали параллелограмма пересекаются, а точка их пересечения (обозначим ее как О) делит их пополам.

Теперь возьмем диагонали В₁D и, например, АС₁. Аналогично и для них можно доказать, что у них есть общая точка, делящая их пополам (для этого надо рассмотреть параллелограмм В₁С₁D₁A).Но мы уже знаем, что В₁D₁ делится пополам точкой О. Значит, именно она – общая для В₁Dи АС₁.

Наконец, рассмотрим также диагонали В₁D и ВD₁. И снова для них можно показать (используя параллелограмм BDD₁B₁), что они пересекаются в точке, делящей их пополам. И снова этой точкой будет О. Получается, что все четыре диагонали проходят через О, которая является для каждой из них серединой, ч. т. д.

Задание. Сумма длин всех ребер в параллелепипеде АВСDА₁В₁С₁D₁ составляет 120 см. Известно, что ВС больше АВ в 1,25 раза, а ВВ₁ больше ВС в 1,2 раза. Найдите длину каждого ребра данного параллелепипеда.

Заметим важный факт – хотя у параллелепипеда 12 ребер, их длины принимают всего три различных значения. Действительно, по свойству параллелограммов, являющихся его гранями, мы можем записать равенства:

Таким образом, сумма трех взаимно пересекающихся ребер (например, АВ, ВС и ВВ₁) будет ровно в 4 раза меньше суммы длин всех ребер:

Используя условие задачи, выразим длины ВС и ВВ₁ через АВ:

Задание. В параллелепипеде АВСDА₁В₁С₁D₁ отметили точки М, М₁, N и N₁, которые являются серединами АВ, А₁В₁, СD и С₁D₁ соответственно. Докажите, что многогранник МВNDM₁B₁N₁D₁– это также параллелепипед.

Заметим, что ребра АВ, СD, А₁В₁ и С₁D₁ одинаковы. Значит, одинаковы и их половины:

Отрезки ND и N₁D₁ лежат на параллельных ребрах СD и С₁D₁, значит, они сами параллельны. Если учесть, что они ещё и одинаковы, то получается, что DNN₁D₁ – параллелограмм. Аналогично МВ||DN, МВ||М₁В₁ и М₁В₁||N₁D₁, поэтому четырехугольники МВND, МВВ₁М₁ и М₁В₁N₁D₁– параллелограммы.Теперь нам осталось показать, что грани М₁D₁DМи В₁N₁NB– тоже параллелограммы.

Отметим, что ММ₁ = ВВ₁ (из параллелограмма МВВ₁М₁) и ВВ₁ = DD₁ (это параллельные грани параллелепипеда), поэтому отрезки ММ₁ и DD₁ одинаковы. Также они и параллельны, так как ММ₁||ВВ₁ и ВВ₁||DD₁. Это значит, что М₁D₁DМ – параллелограмм. Аналогично, сравнивая NN₁и ВВ₁ с отрезком DD₁, можно показать, что и В₁N₁NB– параллелограмм. В итоге получается, что у многогранника MBNDМ₁B₁N₁D₁ каждая из 6 граней – параллелограмм. То он по определению является параллелепипедом, ч. т. д.

Построение сечений

Секущая плоскость пересекается с каждой гранью многогранника по отрезку, причем концы этих отрезков располагаются на ребрах многогранника. В результате сечение тетраэдра, параллелепипеда и вообще любого многогранника представляет собой плоский многоугольник. В тетраэдре всего 4 грани, поэтому его сечение не может иметь более 4 сторон. Другими словами, сечение тетраэдра – это либо четырехугольник, либо треугольник. У параллелепипеда уже шесть граней, а потому его сечения также могут быть даже шестиугольниками.

Важно уметь строить сечения, зная лишь несколько общих точек объемной фигуры и секущей плоскости. В случае многогранников достаточно просто найти все общие точки секущей плоскости и ребер, после чего их надо соединить отрезками. Заметим, что каждая сторона сечения должна находиться на одной из граней многогранника. Если с учетом этого ограничения построить сечение не получается, это значит, что сечение пересекает ещё какие-то ребра многогранника, и соответствующие точки пересечения надо найти. Рассмотрим несколько примеров задач на построение сечений.

Задание. Постройте сечение тетраэдра АВСD, проходящее через точки M, N и P:

Решение. Мы уже имеем три точки сечения. Однако просто соединить их нельзя, ведь точки M и P находятся на разных гранях. Значит, надо найти ещё одну общую точку сечения, находящуюся на каком-нибудь ребре.

Заметим, что плоскость MNP имеет с плоскостью BCD две общие точки – N и P. Значит, они пересекаются по прямой NP. Это значит, что если прямая ВС пересекается с NP, то эта точка пересечения будет принадлежать секущей плоскости. Продолжим ВС и NP, они пересекутся в некоторой точке Е, которая, как мы только что выяснили, находится на секущей плоскости:

Е находится на ВС, а ВС – это часть плоскости АВС. Значит, точка Е располагается на плоскости АВС. С другой стороны, и М находится на АВC. Получается, что у прямой ЕМ две точки принадлежат плоскости АВС, а потому она вся принадлежит АВС. Тогда мы можем найти ее точку пересечения с прямой АС, просто продлив прямую ЕМ:

Здесь мы обозначили точку пересечения ЕМ и АС буквой К. В итоге мы можем построить сечение MNPK, ведь каждая сторона этого многоугольника будет принадлежать одной из граней тетраэдра:

Заметим, что в этой задаче нам в качестве исходных данных были указаны три точки секущей плоскости, и этого хватило для построения сечения. Действительно, одна из аксиом стереометрии говорит, что три точки (если это не точки одной прямой) однозначно определяют плоскость, поэтому, зная только три точки, с помощью построений можно найти и все остальные точки.

Задание. В тетраэдре АВСD на грани АВD отмечена точка М. Постройте такое сечение тетраэдра, которое проходит через М и при этом параллельно грани АВС.

Решение. Секущая плоскость и плоскость АВС параллельны, при этом они пересекаются третьей плоскостью АВD. Тогда, по одной из изученных нами теорем, линии их пересечения с ABD будут параллельны. То есть чтобы построить отрезок, по которому секущая плоскость и грань ABD пересекаются, надо просто провести через M отрезок, параллельный ребру АВ:

Удалось получить две точки, Q и P, которые лежат на гранях. Теперь, чтобы найти линию пересечения секущей плоскости и грани АСD, надо провести через Р отрезок, параллельный АС. В итоге на грани CD мы получим ещё одну точку K:

Теперь у нас есть три точки сечения, при этом все отрезки, соединяющие их, лежат на гранях тетраэдра. Значит, мы уже можем построить сечение:

Обратите внимание, что отрезок QK также получился параллельным ребру СD, что говорит о правильности построения.

Задание. Постройте сечение параллелепипеда, проходящее через точки M, N и P, отмеченные на его гранях:

Решение. Здесь у задачи очень простое решение. Точки M, N, Р уже можно соединить так, что все соединяющие их отрезки будут находиться на гранях. Значит, никаких других точек искать не надо:

Задание. Решите предыдущую задачу, но при другом расположении точек М, N и Р:

Решение. Для начала мы можем построить отрезки MN и MР, по которым секущая плоскость пересекает грани АВВ₁А₁ и ВСС₁В₁:

Напомним, что противоположные грани у параллелепипеда параллельны. Поэтому и отрезки, которые образуются при их пересечении с секущей плоскостью, также должны быть параллельными. Значит, мы можем через N провести отрезок, параллельный MP, а через Р– отрезок, параллельный MN:

Теперь мы можем соединить KH (ведь K и H находятся на одной грани АВСD) и получить искомое сечение:

Задание. Решите предыдущую задачу при следующем расположении точек M, N и P:

Решение. На первом шаге мы можем построить отрезки MN и РМ. Секущая плоскость и плоскость АВВ₁А₁ пересекаются по прямой РМ. Найдем вспомогательную точку Е, в которой с РМ пересекается. Эта точка Е должна находиться в плоскости нижней грани АВСD, также она принадлежит секущей плоскости:

Так как верхняя и нижняя грани параллельны, то должны быть параллельны и линии их пересечения с секущей плоскостью. Но мы уже знаем, что секущая плоскость проходит через Е. Значит, линии пересечения секущей плоскости и нижней грани проходит через Е и параллельна MN. Этой информации достаточно для ее построения:

В результате нам удалось найти ещё две точки Q и F. Далее через F проводим отрезок, параллельный РМ:

В итоге мы получили 6 точек, которых достаточно для построения сечения:

Задание. В параллелепипеде АВСAА₁В₁С₁D₁ отрезок АС – это диагональ грани АВСD, а BD₁ – диагональ параллелепипеда. Постройте сечение, проходящее через АС и при этом параллельное диагонали BD₁.

Решение. Проведем на нижней грани диагональ BD. Она пересечется с АС в некоторой точке О:

Теперь мы можем в плоскости BDD₁ построить через точку О прямую, параллельную BD₁. Так как в этой же плоскости находится и DD₁, то DD₁ обязательно пересечется с этой прямой в какой-нибудь точке H:

Теперь проанализируем расположение плоскости АНСи диагонали BD₁. Так как BD₁||ОН, а ОН полностью принадлежит АНС, то получается, что BD₁||АНС. При этом АНС проходит через диагональ АС. Значит, АНС удовлетворяет условиям задачи и является искомым сечением:

В рамках сегодняшнего урока мы познакомились с простейшими объемными фигурами – тетраэдром и параллелепипедом. Также мы узнали о сечениях и способах их построения.

Тетраэдр – это многогранник, состоящий из плоскости треугольника и точки не лежащий в этой плоскости, трех отрезков соединяющих эту точку с вершинами основания треугольника.

Четырёхугольник, у которого противоположные стороны попарно параллельны, называется параллелограммом.

Отрезок, соединяющий противоположные вершины, называется диагональю параллелепипеда.

Сечением поверхности геометрических тел называется – плоская фигура, полученная в результате пересечения тела плоскостью и содержащая точки, принадлежащие как поверхности тела, так и секущей плоскости.

Основная литература:

Атанасян Л.С., Бутузов В.Ф., Кадомцев С.Б. и др. Учебник Геометрия 10-11 кл.– М.: Просвещение, 2014.

Дополнительная литература:

Зив Б.Г. Дидактические материалы Геометрия 10 кл.– М.: Просвещение, 2014.

Глазков Ю.А., Юдина И.И., Бутузов В.Ф. Рабочая тетрадь Геометрия 10 кл.-М.: Просвещение, 2013.

Открытый электронный ресурс:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

В дельнейшем несколько уроков нашего курса будет посвящены многогранникам- поверхностям геометрических тел, составленным из многоугольников. Но до более подробного изучения многогранников мы познакомимся с двумя из них- тетраэдром и параллелепипедом. Нам данные тела дадут возможность проиллюстрировать понятия, связанные со взаимным расположением прямых и плоскостей.

Давайте вспомним, что мы понимали под многоугольником в планиметрии. Многоугольник мы рассматривали либо как замкнутую линию без самопересечений, либо как часть плоскости, ограниченную этой линией, включая ее саму.

Мы будем использовать второе толкование многоугольника при рассмотрении поверхностей и тел в пространстве. При таком толковании любой многоугольник в пространстве представляет собой плоскую поверхность.

Давайте рассмотрим изображенную фигуру и ответим на несколько вопросов.

Итак, поверхность данной фигуры состоит из четырёх треугольников DАВ, DВС, DАС и АВС.

из вершин- их у него 4- А, B, C, D;
из ребер- их у него 6- AB, BC, AC, AD, BD, CD;
из граней- их у него 4- треугольники ∆АВС, ∆DАС, ∆DВС, ∆DАВ.

Мы с вами выяснили из элементов состоит наша фигура тетраэдр. Теперь сформулируем определение.

Определение. Тетраэдр – это многогранник, состоящий из плоскости треугольника и точки не лежащий в этой плоскости, трех отрезков соединяющих эту точку с вершинами основания треугольника.

Говорят, что рёбра АD и ВС, АВ и CD, и т.д.- противоположные.

Считается АВС - основание, остальные грани - боковые.

Изображается тетраэдр обычно так (рис. 1).

Рисунок 1 – изображение тетраэдра.

Математика, в частности геометрия, является мощнейшим инструментом в познании мира. Различные геометрические формы находят свое практическое приспособление в различных областях знания: архитектуре, скульптуре, живописи. И тетраэдр тому доказательство. Так же мы можем наблюдать тетраэдр в повседневной жизни (рис. 2).

Форма пакета молока

Рисунок 2 - тетраэдр в повседневной жизни

Параллелепипед.

Прежде чем начать изучать параллелепипед вспомним определение параллелограмма и его свойства.

Определение. Четырёхугольник, у которого противоположные стороны попарно параллельны, называется параллелограммом (рис. 3).

Рисунок 3 – параллелограмм

1. Противоположные стороны параллелограмма равны:

2. Противоположные углы параллелограмма равны:

3. Диагонали параллелограмма точкой пересечения делятся пополам:

Диагональ делит параллелограмм на два равных треугольника:

треугольники ABC и CDA равны.

Сумма углов, прилежащих к одной стороне параллелограмма, равна 180⁰: ∟A+∟D=180°

6. Накрест лежащие углы при диагонали равны:

А теперь перейдем к параллелепипеду.

Рассмотрим два равных параллелограмма ABCD и A₁B₁C₁D₁, расположенных в параллельных плоскостях так, что отрезки AA_1, BB_1, CC₁ и DD₁ параллельны.

Давайте рассмотрим изображенную фигуру (рис. 4).

Рисунок 4 – параллелепипед и его диагонали

АВСDA₁B₁C₁D₁: поверхность, составленная из двух равных параллелограммов АВСD и A₁B₁C₁D₁, лежащих в параллельных плоскостях и четырёх параллелограммов.

Все параллелограммы - грани, их стороны - рёбра, их вершины - вершины параллелепипеда.

Считается: АВСD и A₁B₁C₁D₁ - основания, остальные грани - боковые.

Определение. Отрезок, соединяющий противоположные вершины, называется диагональю параллелепипеда:
A₁C, D₁B, AC₁, DB₁.

Параллелепипед – слово греческого происхождения, параллел – идущий рядом, епипед – плоскость.

Определение.Параллелепипед- этошестигранник с параллельными и равными противоположными гранями.

Следует отметить, что многоугольник в пространстве представляет собой плоскую поверхность, а тетраэдр и параллелепипед – поверхности, составленные из плоских поверхностей (соответственно треугольников и параллелограммов).

Способы изображения параллелепипеда

Параллелепипед, в основании которого лежит ромб

Параллелепипед, в основании которого лежит квадрат

Параллелепипед,в основании которого лежит прямоугольник или параллелограмм

Параллелепипед, у которого все грани — равные квадраты

Можно сделать вывод, что параллелепипеды делятся на (рис. 5)

Рисунок 5 – виды параллелепипедов

Свойства параллелепипеда

Противоположные грани параллелепипеда параллельны и равны.
Все четыре диагонали пересекаются в одной точке и делятся в ней пополам.

Доказательство 1

В параллелепипеде ABCDA₁B₁C₁D₁грани ВВ₁С₁С и AA₁D₁D параллельны (рис. 6), потому что две пересекающиеся прямые ВВ₁ и В₁С₁ одной грани параллельны двум пересекающимся прямым АА₁ и A₁D₁ другой; эти грани и равны, так как В₁С₁ = A₁D₁, В₁В= А₁А (как противоположные стороны параллелограммов) и ∟ ВВ₁С₁= ∟АA₁D₁.

Рисунок 6 – чертеж к доказательству свойства 1

Доказательство 2

Возьмём какие-нибудь две диагонали, например АС₁ и ВD₁, и проведём вспомогательные прямые АD₁ и ВС₁ (рис. 7).

Так как рёбра АВ и D₁С₁ соответственно равны и параллельны ребру DС, то они равны и параллельны между собой; вследствие этого фигура АD₁С₁В есть параллелограмм, в котором прямые С₁А и ВD₁ —диагонали, а в параллелограмме диагонали делятся в точке пересечения пополам.

Возьмём теперь одну из этих диагоналей, например АС₁, с третьей диагональю, положим, с В₁D. Совершенно так же мы можем доказать, что они делятся в точке пересечения пополам. Следовательно, диагонали B₁D и АС₁ и диагонали АС₁ и BD₁(которые мы раньше брали) пересекаются в одной и той же точке, именно в середине диагонали
АС₁. Наконец, взяв эту же диагональ АС₁ с четвёртой диагональю А₁С, мы также докажем, что они делятся пополам. Значит, точка пересечения и этой пары диагоналей лежит в середине диагонали АС₁. Таким образом, все четыре диагонали параллелепипеда пересекаются в одной и той же точке и делятся этой точкой пополам.

Рисунок 7 – чертеж к доказательству свойства 2

Задачи на построение сечений.

Определение. Сечением поверхности геометрических тел называется - плоская фигура, полученная в результате пересечения тела плоскостью и содержащая точки, принадлежащие как поверхности тела, так и секущей плоскости.

Взаимное расположение многогранника и секущей плоскости:

Многогранник и плоскость не имеют общих точек.
Многогранник и плоскость имеют одну общую точку-вершину многогранника.
Многогранник и плоскость имеют общую грань.
Многогранник и плоскость имеют общий отрезок-ребро многогранника.

Виды сечений:

сечение параллельное плоскости основания,
диагональное сечение,
сечение, параллельное плоскости грани,
произвольное сечение.

Фигуры, которые получаются в результате сечения:

1. треугольник;
2. четырехугольник;
3. пятиугольник;
4. шестиугольник.

Один из методов построения сечений, который мы рассмотрим- метод следа.

Рассмотрим метод следов, применяемый при построении сечений многогранников, а именно при построении сечения куба плоскостью.

Что такое метод следов? При построении сечений многогранников в качестве вспомогательной прямой часто используется след секущей плоскости (в плоскости грани, удобной для рассмотрения). Такой метод построения сечений называется методом следа.

Построить сечение параллелепипеда ABCDA₁B₁C₁D₁ плоскостью, проходящей через точки P, Q, R (рис. 8).

Рисунок 8 –чертеж к задаче №1

Построим след секущей плоскости на плоскость нижнего основания параллелепипеда. Рассмотрим грань АА₁В₁В. В этой грани лежат точки сечения P и Q. Проведем прямую PQ.
Продолжим прямую PQ, которая принадлежит сечению, до пересечения с прямой АВ. Получим точку S₁, принадлежащую следу.
Аналогично получаем точку S₂ пересечением прямых QR и BC.
Прямая S₁S₂ - след секущей плоскости на плоскость нижнего основания параллелепипеда.
Прямая S₁S₂ пересекает сторону AD в точке U, сторону CD в точке Т. Соединим точки P и U, так как они лежат в одной плоскости грани АА₁D₁D. Аналогично получаем TU и RT.
PQRTU – искомое сечение.

Основные правила построения сечений методом следа:

Если даны (или уже построены) две точки плоскости сечения на одной грани многогранника, то след сечения этой плоскости – прямая, проходящая через эти три точки.
Если дана (или уже построена) прямая пересечения плоскости сечения с основанием многогранника (след на основании) и есть точка, принадлежащая определенной боковой грани, то нужно определить точку пересечения данного следа с этой боковой гранью ( точка пересечения данного следа с общей прямой основания и данной боковой грани)
Точку пересечения плоскости сечения с основанием можно определить как точку пересечения какой-либо прямой в плоскости сечения с ее проекцией на плоскость основания.

То есть, суть метода заключается в построении вспомогательной прямой, являющейся изображением линии пересечения секущей плоскости с плоскостью какой-либо грани фигуры. Удобнее всего строить изображение линии пересечения секущей плоскости с плоскостью нижнего основания. Используя след, легко построить изображения точек секущей плоскости, находящихся на боковых ребрах или гранях фигуры.

Дан тетраэдр АВСD. Точка М – точка внутренняя, точка грани тетраэдра АВD. N – внутренняя точка отрезка DС. Построить точку пересечения прямой NM и плоскости АВС.

Рисунок 9 – чертеж к задаче №2

Решение:
Для решения построим вспомогательную плоскость DМN (рис. 10). Пусть прямая DМ пересекает прямую АВ в точке К. Тогда, СКD – это сечение плоскости DМN и тетраэдра. В плоскости DМN лежит и прямая NM, и полученная прямая СК. Значит, если NM не параллельна СК, то они пересекутся в некоторой точке Р. Точка Р и будет искомая точка пересечения прямой NM и плоскости АВС.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля

Дан тетраэдр АВСD. М – внутренняя точка грани АВD. Р – внутренняя точка грани АВС. N – внутренняя точка ребра DС. Построить сечение тетраэдра плоскостью, проходящей через точки М, N и Р.

Решение:
Рассмотрим первый случай, когда прямая MN не параллельна плоскости АВС (рис. 11). В прошлой задаче мы нашли точку пересечения прямой MN и плоскости АВС. Это точка К, она получена с помощью вспомогательной плоскости DМN, т.е. мы проводим DМ и получаем точку F. Проводим СF и на пересечении MN получаем точку К.

Проведем прямую КР. Прямая КР лежит и в плоскости сечения, и в плоскости АВС. Получаем точки Р₁ и Р₂. Соединяем Р₁ и М и на продолжении получаем точку М₁. Соединяем точку Р₂ и N. В результате получаем искомое сечение Р1Р2NМ1. Задача в первом случае решена.

Рисунок 10 – чертеж к примеру 1 (первый случай)

Рассмотрим второй случай, когда прямая MN параллельна плоскости АВС (рис. 12). Плоскость МNР проходит через прямую МN параллельную плоскости АВС и пересекает плоскость АВС по некоторой прямой Р₁Р₂, тогда прямая Р₁Р₂ параллельна данной прямой MN.

Рисунок 11 – чертеж к примеру 1 (второй случай)

Через середины ребер АВ и ВС тетраэдра SABC проведена плоскость параллельно ребру SB. Докажите, что эта плоскость пересекает грани SAB и SBC по параллельным прямым.

Доказательство

Плоскость SBC и плоскость, проходящая через прямую MN параллельно ребру SB, пересекаются по прямой, проходящей через точку N (рис. 13).
По теореме (о параллельных прямых) линия пересечения параллельна SB.
В плоскость SBC через т. N проходит NQ||SB.
Плоскость SAB и плоскость MNQ пересекаются по прямой, проходящей через т. M (прямая MP). По теореме (о параллельных прямых) линия пересечения параллельна SB.

следовательно, PM||NQ.Утверждение доказано.

Презентация на тему: " Тетраэдр и параллелепипед. Выполнила: Рябкова Ю.И." — Транскрипт:

1 Тетраэдр и параллелепипед. Выполнила: Рябкова Ю.И

2 Многоугольник – часть плоскости, ограниченная линией, включая её саму. Что такое многоугольник?

3 Тетраэдр. Рассмотрим произвольный треугольник АBC и точку D, не лежащую в плоскости этого треугольника. A B C D

4 Соединим точку D отрезками с вершинами треугольника. A B C D Поверхность, составленная из четырёх треугольников: ABC, DAB, DBC и DCA, Называется тетраэдром. Обозначается DABC

5 Треугольники, из которых состоит тетраэдр, называются гранями, их стороны – рёбрами, а вершины – вершинами тетраэдра. У тетраэдра: 4 грани, 6 рёбер и 4 вершины. Иногда выделяют одну из граней тетраэдра и называют её основанием, а три другие – боковыми гранями.

6 D B C A 1) Назовите грани тетраэдра ABC, ADC, CDB, ADB 2) Назовите основание и Боковые грани ABC – ADC,CDB,ADB ADC – ABC, CDB, ADB CDB – ABC, ADC, ADB ADB – ABC, ADC, CDB 3) Назовите ребра тетраэдра AD, DC, DB, AB,AC, CB

7 Задачи на построение сечения в тетраэдре. Секущей плоскостью тетраэдра называется любая плоскость по обе стороны от которой имеются точки данного тетраэдра. Секущая плоскость пересекает грани тетраэдра по отрезкам. Многоугольник, сторонами которого являются эти отрезки, называется сечением тетраэдра. Сечением тетраэдра может быть треугольник и четырёхугольник.

8 Обязательные условия для задач на построение сечений. 1.Отрезок соединяющий две точки сечения, лежит в одной плоскости (принадлежит одной грани). 2.Все дополнительные точки лежат на линии пересечения плоскостей. 3.Если строим плоскость параллельную данной, то секущая плоскость пересекает плоскость по прямым параллельным данной плоскости.

9 Задача: На рёбрах AB, BD и CD тетраэдра ABCD отмечены точки M, N и P. Построить сечение тетраэдра плоскостью MNP.

10 D C A B M N P Дано: ABCD – тетраэдр MєAB, NєBD, PєCD Найти: сечение плоскостью MNP

11 D C A B M N P Решение: 1)Построим прямую, по которой (MNP) пересекается с Плоскостью (ABC). Точка M общая точка этих плоскостей Чтобы построить ещё одну точку пересечения этих плоскостей Продолжим отрезки NP и BC. NP пересекает BC в точке E E 2)E вторая общая точка (ABC) и (MNP). 3)Плоскости пересекаются По прямой ME. 4)ME пересекает Ребро AC в Некоторой точке Q. Q 5)Четырёхугольник MNPQ – искомое Сечение.

12 Параллелепипед. Рассмотрим два равных параллелограмма ABCD и A1B1C1D1 Расположенных в параллельных плоскостях, так что отрезки AA1, BB1, CC1, DD1 параллельны. Четырёхугольники ABB1A1, BCC1B1, CDD1C1, DAA1D1 – параллелограммы, т.к. каждый из них имеет попарно параллельные противоположные стороны.

13 Поверхность, составленная из двух равных параллелограммов ABCD и A1B1C1D1 и четырёх параллелограммов ABB1A1, BCC1B1, CDD1C1, DAA1D1 называется параллелепипедом. Обозначается: ABCDA1B1C1D1. A D C B A1 D1 C1 B1

14 Параллелограммы, из которых составлен параллелепипед, называются гранями, их стороны – рёбрами, а вершины параллелограммов – вершинами параллелепипеда. Параллелепипед имеет 6 граней, 12 рёбер, 8 вершин.

15 Две грани параллелепипеда, имеющие общее ребро, называются смежными, а не имеющие общих рёбер – противоположными. Две вершины, не принадлежащие одной грани называются противоположными. Отрезок, соединяющий противоположные вершины, называется диагональю параллелепипеда. Две противоположные грани называют основаниями, а остальные грани – боковыми гранями параллелепипеда.

16 Свойства параллелепипеда. 1.Противоположные грани параллелепипеда параллельны и равны. 1.1 Две грани параллелепипеда называются параллельными, если их плоскости параллельны. 2. Диагонали параллелепипеда пересекаются в одной точке и делятся этой точкой пополам.

17 1.Назовите грани параллелепипеда 2.Назовите рёбра 3.Назовите смежные и противоположные грани 4.Назовите основание и боковые грани параллелепипеда A D C B A1 D1 C1 B1

18 Задачи на построение сечения в параллелепипеде. Секущей плоскостью параллелепипеда называется любая плоскость по обе стороны от которой имеются точки данного параллелепипеда. Секущая плоскость пересекает грани параллелепипеда по отрезкам. Многоугольник, сторонами которого являются эти отрезки, называется сечением параллелепипеда. Сечением параллелепипеда могут быть треугольники, четырёхугольники, пятиугольники и шестиугольники.

19 Задача: На рёбрах параллелепипеда даны три точки A, B и C. Построить сечение параллелепипеда плоскостью ABC.

20 A B C Дано: параллелепипед, точки A, B и C принадлежат рёбрам. Найти: сечение (ABC)

21 A B C Решение: 1)Построим прямую, по которой секущая плоскость Пересекается с плоскостью нижнего основания. Для Этого проведём прямую AB и продолжим нижнее ребро, Лежащее в той же грани, что и прямая AB, до пересечения С этой прямой в точке M. 2) Через точку M проведём Прямую параллельную BC. Это и есть прямая, по которой Секущая плоскость Пересекается с плоскостью Нижнего основания. Эта Прямая пересекается с Рёбрами нижнего основания В точках E и F. M F E 3) Через точку E проведём Прямую, параллельную Прямой AB, и получим Точку D. D 4) Проводим отрезки AF и CD. 5) Шестиугольник ABCDEF – искомое сечение.

Читайте также: