TEXTE CODE DE LA LEÇON :
Bonne journée! Nous poursuivons l'étude du thème : "Parallélisme des lignes et des plans".
Je pense qu'il est déjà clair qu'aujourd'hui nous parlerons de polyèdres - surfaces de corps géométriques constituées de polygones.
A savoir sur le tétraèdre.
Nous allons réaliser l'étude des polyèdres selon le plan :
1.définition d'un tétraèdre
2.éléments du tétraèdre
3.le déroulement du tétraèdre
4.image dans un avion
1.construire un triangle ABC
2.point D ne se trouvant pas dans le plan de ce triangle
3. Reliez le point D avec des segments aux sommets du triangle ABC. On obtient les triangles DAB, DBC et DCA.
Définition : Une surface composée de quatre triangles ABC, DAB, DBC et DCA est appelée un tétraèdre.
Désignation : DABC.
Éléments tétraèdres
Les triangles qui composent un tétraèdre sont appelés faces, leurs côtés sont des arêtes et leurs sommets sont les sommets du tétraèdre.
Combien de faces, d'arêtes et de sommets possède un tétraèdre ?
Un tétraèdre a quatre faces, six arêtes et quatre sommets
Deux arêtes d'un tétraèdre qui n'ont pas de sommets communs sont dites opposées.
Sur la figure, les arêtes AD et BC, BD et AC, CD et AB sont opposées.
Parfois, l'une des faces du tétraèdre est distinguée et appelée sa base, et les trois autres sont appelées faces latérales.
Dépliez le tétraèdre.
Pour faire un tétraèdre en papier, vous avez besoin du balayage suivant,
il doit être transféré sur du papier épais, coupé, plié le long des pointillés et collé.
Sur le plan, le tétraèdre est représenté
Quadrangle convexe ou non convexe avec des diagonales. Dans ce cas, les lignes pointillées représentent des bords invisibles.
Dans la première figure, AC est une arête invisible,
sur le second - EK, LK et KF.
Résolvons plusieurs problèmes typiques sur un tétraèdre :
Trouvez l'aire dépliée d'un tétraèdre régulier avec une arête de 5 cm.
Solution. Dessinons un filet d'un tétraèdre
(un balayage en tétraèdre apparaît à l'écran)
Ce tétraèdre se compose de quatre triangles équilatéraux, par conséquent, l'aire dépliée d'un tétraèdre régulier est égale à la surface totale du tétraèdre ou à l'aire de quatre triangles réguliers.
On cherche l'aire d'un triangle régulier par la formule :
On obtient alors que l'aire du tétraèdre est :
On substitue dans la formule la longueur du bord a = 5 cm,
il s'avère
Réponse : L'aire dépliée d'un tétraèdre régulier
Construire une section du tétraèdre avec un plan passant par les points M, N et K.
a) En effet, on relie les points M et N (appartiennent à la face ADC), les points M et K (appartiennent à la face ADB), les points N et K (la face DBC). La section du tétraèdre est le triangle MKN.
b) Reliez les points M et K (appartiennent à la face ADB), les points K et N (appartiennent à la face DCB), puis continuez les lignes MK et AB jusqu'à l'intersection et placez le point P. La ligne PN et le point T se trouvent dans le même plan ABC et maintenant vous pouvez construire l'intersection d'une ligne droite MK avec chaque face. Le résultat est un quadrilatère MKNT, qui est la section désirée.
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tétraèdre, formule du tétraèdre
Tétraèdre(vieux grec τετρά-εδρον - tétraèdre, du grec ancien. τέσσᾰρες, τέσσερες, , τέττορες, τέτορες - "quatre" + ancien grec. ἕδρα - "siège, base") est le polyèdre le plus simple, dont les faces sont quatre triangles. Le tétraèdre a 4 faces, 4 sommets et 6 arêtes. Un tétraèdre dont toutes les faces sont des triangles équilatéraux est dit régulier. Un tétraèdre régulier est l'un des cinq polyèdres réguliers.
En plus du tétraèdre régulier, les types spéciaux de tétraèdres suivants sont distingués.
Le volume du tétraèdre (compte tenu du signe), dont les sommets sont situés aux points, est égal à :
Ou, où est l'aire de n'importe quel visage, et est la hauteur tombée sur ce visage.
A travers les longueurs des arêtes, le volume du tétraèdre est exprimé à l'aide du déterminant de Cayley-Menger :
Certains fruits, au nombre de quatre d'une part, sont situés aux sommets d'un tétraèdre, qui est proche du bon. Cette conception est due au fait que les centres de quatre boules identiques se touchant sont aux sommets d'un tétraèdre régulier. Par conséquent, les fruits en forme de boule forment un arrangement mutuel similaire. Par exemple, les noix peuvent être positionnées de cette manière.
Polyèdres | |||||||||
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Correct (solides platoniques) |
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Correct non convexe |
Dodécaèdre étoilé Icosidodécaèdre étoilé Icosaèdre étoilé Polyèdre étoilé Octaèdre étoilé | ||||||||
Convexe |
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Formules, théorèmes, théorie |
Théorème d'Alexandre sur les polytopes convexes Théorème de Bleecker Théorème de Cauchy sur les polytopes Théorème de Lindelöf sur les polytopes Théorème de Minkowski sur les polytopes Théorème de Sabitov Théorème d'Euler sur les polytopes Formule de Schläfli |
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Autre |
Tétraèdre orthocentrique Tétraèdre égal Parallélépipède rectangulaire Groupe de polyèdres Dodécaèdres Angle solide Cube unitaire Polyèdre pliable Déplier Symbole de Schläfli Polyèdre de Johnson Multidimensionnel (tétraèdre à N dimensions Tesseract Penteprateract Hexerateract Hexerarack) |
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Le tétraèdre, ou pyramide triangulaire, est le plus simple des polyèdres, tout comme le triangle est le plus simple des polygones du plan. Le mot "tétraèdre" est formé de deux mots grecs : tétra - "quatre" et hedra - "base", "visage". Le tétraèdre est défini par ses quatre sommets - des points qui ne se trouvent pas dans le même plan ; faces de tétraèdre - quatre triangles; le tétraèdre a six arêtes. Contrairement à une pyramide -gonale arbitraire (at), n'importe laquelle de ses facettes peut être sélectionnée comme base du tétraèdre.
De nombreuses propriétés des tétraèdres sont similaires à celles des triangles. En particulier, 6 plans tracés par les milieux des arêtes du tétraèdre qui leur sont perpendiculaires se coupent en un point. Au même point, 4 droites se coupent, tracées par les centres des circonscrits aux faces des cercles perpendiculaires aux plans des faces, et est le centre de la sphère circonscrite au tétraèdre (Fig. 1). De même, les 6 demi-plans bissectrices du tétraèdre, c'est-à-dire les demi-plans divisant les angles dièdres aux bords du tétraèdre en deux, se coupent également en un point - au centre d'une sphère inscrite dans le tétraèdre - un sphère touchant les quatre faces du tétraèdre. Tout triangle a, en plus des inscrits, 3 autres ex-cercles (voir. Triangle), mais un tétraèdre peut avoir n'importe quel nombre - de 4 à 7 - ex-sphères, c'est-à-dire. sphères touchant les plans des quatre faces du tétraèdre. Il y a toujours 4 sphères inscrites dans des coins triangulaires tronqués, dont l'une est représentée sur la Fig. 2, à droite. 3 autres sphères peuvent être inscrites (pas toujours !) 2, à gauche.
Pour un tétraèdre, il existe une autre possibilité de son positionnement relatif avec une sphère - toucher une certaine sphère avec tous ses bords (Fig. 3). Une telle sphère - parfois appelée "semi-inscrite" - n'existe que lorsque les sommes des longueurs des arêtes opposées du tétraèdre sont égales : (Fig. 3).
Pour tout tétraèdre, un analogue du théorème sur l'intersection des médianes d'un triangle en un point est valable. À savoir, 6 plans tracés à travers les bords du tétraèdre et les milieux des bords opposés se coupent en un point - dans le centroïde du tétraèdre (Fig. 4). Il y a aussi 3 "lignes médianes" passant par le centre de gravité - des segments reliant les milieux de trois paires d'arêtes opposées, et ils sont divisés par un point. Enfin, 4 "médianes" du tétraèdre passent à travers - les segments reliant les sommets aux centroïdes des faces opposées, et ils sont divisés en un point dans un rapport de 3: 1, à partir des sommets.
La propriété la plus importante d'un triangle - l'égalité (ou) - n'a pas d'analogue "tétraédrique" raisonnable : la somme des 6 angles dièdres d'un tétraèdre peut prendre n'importe quelle valeur entre et. (Bien sûr, la somme des 12 angles plans du tétraèdre - 3 à chaque sommet - est indépendante du tétraèdre et est égale.)
Les triangles sont généralement classés selon le degré de leur symétrie : les triangles réguliers ou équilatéraux ont trois axes de symétrie, les isocèles - un. La classification des tétraèdres selon le degré de symétrie est plus riche. Le tétraèdre le plus symétrique est régulier, délimité par quatre triangles réguliers. Il a 6 plans de symétrie - ils passent par chaque côte perpendiculairement à la côte opposée - et 3 axes de symétrie qui passent par les milieux des côtes opposées (Fig. 5). Les pyramides triangulaires régulières (3 plans de symétrie, Fig. 6) et les tétraèdres isoédriques (c'est-à-dire les tétraèdres à faces égales - 3 axes de symétrie, Fig. 7) sont moins symétriques.
Le tétraèdre est la forme polygonale la plus simple. Il se compose de quatre faces, chacune étant un triangle équilatéral, tandis que chaque côté est relié à l'autre avec une seule face. Lors de l'étude des propriétés de cette figure géométrique en trois dimensions, pour plus de clarté, il est préférable de faire un modèle de tétraèdre en papier.
Pour construire un simple tétraèdre en papier, il nous faut :
Le progrès
Nous attirons votre attention sur une master class qui explique comment assembler 6 tétraèdres en papier en un seul module en utilisant la technique de l'origami.
Nous avons besoin:
Le progrès
Si vous maîtrisez le tétraèdre, vous pouvez continuer et faire
Sections: Mathématiques
Plan de préparation et de déroulement de la leçon :
I. Phase préparatoire :
II. La scène principale :
III. La dernière étape :
Objectifs de la leçon:
Phase préparatoire (1 cours) :
- Quels sont les critères pour combiner des pyramides triangulaires irrégulières
- Qu'entend-on par orthocentre d'un triangle, et ce qu'on peut appeler l'orthocentre d'un tétraèdre
- Un tétraèdre rectangulaire a-t-il un orthocentre ?
- Quel tétraèdre est dit isoédrique Quelles propriétés peut-il avoir ?
Les propriétés 1-4 sont prouvées oralement à l'aide de Slide1.
Propriété 1 : Toutes les arêtes sont égales.
Propriété 2 : Tous les angles plans sont de 60°.
Propriété 3 : Les sommes des angles plans à trois sommets quelconques du tétraèdre sont de 180 °.
Propriété 4 : Si le tétraèdre est régulier, alors n'importe lequel de ses sommets est projeté dans l'orthocentre de la face opposée.
Donné:
ABCD est un tétraèdre régulier
AH - hauteur
Prouver:
H - orthocentre
Preuve:
1) le point H peut coïncider avec n'importe lequel des points A, B, C. Soit H? B, H? C
2) AH + (ABC) => AH + BH, AH + CH, AH + DH,
3) Considérez ABH, BCH, ADH
AD - total => ABH, BCH, ADH => BH = CH = DH
AB = AC = AD т. H - est l'orthocentre ABC
C.Q.D.
Chaque groupe reçoit ses propres devoirs :
Démontrez l'une des propriétés.
Préparez une justification avec une présentation.
II. Scène principale (dans une semaine) :
III. Étape finale (1-2 leçons):
Présentation et défense de l'hypothèse à l'aide d'exposés.
Lors de la préparation du matériel pour la leçon finale, les étudiants arrivent à la conclusion sur la particularité du point d'intersection des hauteurs, nous sommes d'accord pour l'appeler un point « étonnant ».
Propriété 5 : Les centres des sphères circonscrites et inscrites coïncident.
Donné:
DABC - tétraèdre régulier
1 - le centre de la sphère décrite
- le centre de la sphère inscrite
N - le point de tangence de la sphère inscrite avec la face ABC
Démontrer : 1 = О
Preuve:
Soit OA = OB = OD = OC les rayons du cercle circonscrit
Oublions ОN + (ABC)
AON = CON - rectangulaire, le long de la jambe et de l'hypoténuse => AN = CN
Omettre OM + (BCD)
COM DOM - rectangulaire, le long de la jambe et de l'hypoténuse => CM = DM
A partir du point 1 CON COM => ON = OM
ОN + (ABC) => ON, OM sont les rayons du cercle inscrit.
Le théorème est prouvé.
Pour un tétraèdre régulier, il existe une possibilité de sa position relative avec une sphère - touchant une certaine sphère avec tous ses bords. Cette sphère est parfois qualifiée de « semi-inscrite ».
Propriété 6 : Les segments de droite reliant les milieux des arêtes opposées et perpendiculaires à ces arêtes sont les rayons de la sphère semi-inscrite.
Donné:
ABCD est un tétraèdre régulier ;
AL = BL, AK = CK, AS = DS,
BP = CP, BM = DM, CN = DN.
Prouver:
LO = OK = OS = OM = ON = OP
Preuve.
Tétraèdre ABCD - correct => AO = BO = CO = DO
Considérons les triangles AOB, AOC, COD, BOD, BOC, AOD.
AO = BO =>?AOB - isocèle =>
OL - médiane, hauteur, bissectrice
AO = CO => ?AOC– isocèle =>
ОK - médiane, hauteur, bissectrice
CO = DO => ?DCO– isocèle =>
ON– médiane, hauteur, bissectrice AOB => AOC = COD =
BO = DO => ? DBO– isocèle => DBO = BOC = AOD
OM - médiane, hauteur, bissectrice
AO = DO => ? AOD– isocèle =>
OS - médiane, hauteur, bissectrice
BO = CO => ?BOC– isocèle =>
OP– médiane, hauteur, bissectrice
AO = BO = CO = DO
AB = AC = AD = BC = BD = CD
3) OL, OK, ON, OM, OS, OP - hauteurs égales aux rayons OL, OK, ON, OM, OS, OP
triangles isocèles de la sphère
Corollaire:
Une sphère semi-inscrite peut être dessinée dans un tétraèdre régulier.
Propriété 7 : si le tétraèdre est régulier, alors toutes les deux arêtes opposées du tétraèdre sont mutuellement perpendiculaires.
Donné:
DABC - tétraèdre régulier;
H - orthocentre
Prouver:
Preuve:
DABC - tétraèdre régulier =>?ADB - équilatéral
(ADB) (EDC) = ED
ED - hauteur ADB => ED + AB,
AB + CE, => AB + (EDC) => AB + CD.
La perpendicularité des autres arêtes est prouvée de la même manière.
Propriété 8 : Six plans de symétrie se coupent en un point. Au point O, quatre droites se coupent, tracées par les centres des circonscrits autour des bords des cercles perpendiculaires aux plans des faces, et le point O est le centre de la sphère circonscrite.
Donné:
ABCD est un tétraèdre régulier
Prouver:
O - le centre de la sphère décrite;
6 plans de symétrie se coupent au point O ;
Preuve.
CG + BD car BCD - équilatéral => GO + BD (par le théorème des trois perpendiculaires GO + BD)
BG = GD, car AG - médiane ABD
ABD (ABD) => ? DBO - isocèle => BO = DO
ED + AB, car ABD - unilatéral => OE + AD (par le théorème des trois perpendiculaires)
BE = AE car DE est la médiane ?
ABD (ABD) =>?AOB - isocèle => BO = AO
(AOB) (ABD) = AB
ON + (ABC) OF + AC (par le théorème environ trois
BF + AC, car ABC - perpendiculaires équilatérales)
AF = FC, car BF - médiane ?ABC
ABC (ABC) => AOC - isocèle => AO = CO
(AOC) ? (ABC) = AC
BO = AO => AO = BO = CO = DO - rayons de sphère,
AO = CO circonscrit à un tétraèdre ABCD
(ABR) (ACG) = AO
(BCT) (ABR) = BO
(ACG) (BCT) = CO
(ADH) (CED) = DO
AB + (ABR) (ABR) (BCT) (ACG) (ADH) (CED) (BDF)
D'où:
Le point O est le centre de la sphère décrite,
6 plans de symétrie se coupent au point O.
Propriété 9: L'angle obtus entre les perpendiculaires passant par les sommets du tétraèdre aux orthocentres est de 109°28"
Donné:
ABCD est un tétraèdre régulier ;
O est le centre de la sphère décrite ;
Prouver:
Preuve:
1) AS - hauteur
ASB = 90 o OSB rectangulaire
2) (par la propriété d'un tétraèdre régulier)
3) AO = BO - les rayons de la sphère circonscrite
4) 70 ° 32 "
6) AO = BO = CO = DO =>? AOD =? AOC =? AOD =? COD =? DBO =? BOC
Conclusion.
(L'enseignant et les élèves résument la leçon. L'un des élèves parle avec un court message sur les tétraèdres en tant qu'unité structurelle d'éléments chimiques.)
Les propriétés d'un tétraèdre régulier et de sa pointe « étonnante » sont étudiées.
Il a été constaté que seul la forme d'un tel tétraèdre, qui possède toutes les propriétés ci-dessus, ainsi qu'un point «idéal», peut avoir des molécules de silicates et d'hydrocarbures. Alternativement, les molécules peuvent être composées de plusieurs tétraèdres réguliers. Actuellement, le tétraèdre est connu non seulement comme un représentant de la civilisation ancienne, les mathématiques, mais aussi comme la base de la structure des substances.
Les silicates sont des substances de type sel contenant des composés silicium-oxygène. Leur nom vient du mot latin « sylex » - « silex ». La base des molécules de silicate est constituée de radicaux atomiques sous forme de tétraèdres.
Les silicates sont le sable, l'argile, la brique, le verre, le ciment, l'émail, le talc, l'amiante, l'émeraude et la topaze.
Les silicates constituent plus de 75 % de la croûte terrestre (et avec le quartz environ 87 %) et plus de 95 % des roches ignées.
Une caractéristique importante des silicates est la capacité de combinaison mutuelle (polymérisation) de deux ou plusieurs tétraèdres silicium-oxygène à travers un atome d'oxygène commun.
Les hydrocarbures saturés ont la même forme de molécules, mais ils sont constitués, contrairement aux silicates, de carbone et d'hydrogène. Formule générale des molécules
Les hydrocarbures comprennent le gaz naturel.
Il est nécessaire de considérer les propriétés des tétraèdres rectangulaires et équilatéraux.
Littérature.