TEXTUL LECȚIEI:
Bună ziua Continuăm să studiem subiectul: „Paralelismul liniilor și planurilor”.
Cred că este deja clar că astăzi vom vorbi despre poliedre - suprafețele corpurilor geometrice formate din poligoane.
Și anume despre tetraedru.
Vom studia poliedrele conform planului:
1. definiția tetraedrului
2. elemente ale tetraedrului
3. dezvoltarea unui tetraedru
4. imagine într-un avion
1. construiți triunghiul ABC
2. punctul D nu se află în planul acestui triunghi
3. conectați punctul D cu segmente la vârfurile triunghiului ABC. Obținem triunghiuri DAB, DBC și DCA.
Definiție: O suprafață formată din patru triunghiuri ABC, DAB, DBC și DCA se numește tetraedru.
Denumire: DABC.
Elementele unui tetraedru
Triunghiurile care alcătuiesc un tetraedru se numesc fețe, laturile lor sunt muchii, iar vârfurile lor sunt numite vârfuri ale tetraedrului.
Câte fețe, muchii și vârfuri are un tetraedru?
Un tetraedru are patru fețe, șase muchii și patru vârfuri
Două muchii ale unui tetraedru care nu au vârfuri comune se numesc opuse.
În figură, muchiile AD și BC, BD și AC, CD și AB sunt opuse.
Uneori, una dintre fețele unui tetraedru este izolată și numită baza sa, iar celelalte trei sunt numite fețe laterale.
Dezvoltarea unui tetraedru.
Pentru a face un tetraedru din hârtie, veți avea nevoie de următoarea dezvoltare:
trebuie transferat pe hârtie groasă, tăiat, pliat de-a lungul liniilor punctate și lipit.
Pe un avion este reprezentat un tetraedru
Sub forma unui patrulater convex sau neconvex cu diagonale. În acest caz, marginile invizibile sunt reprezentate cu linii întrerupte.
În prima imagine, AC este o margine invizibilă,
pe al doilea - EK, LK și KF.
Să rezolvăm câteva probleme tipice tetraedrice:
Găsiți aria de dezvoltare a unui tetraedru obișnuit cu o margine de 5 cm.
Soluţie. Să desenăm dezvoltarea unui tetraedru
(pe ecran apare o scanare tetraedrică)
Acest tetraedru este format din patru triunghiuri echilaterale, prin urmare, aria de dezvoltare a unui tetraedru regulat este egală cu aria suprafeței totale a tetraedrului sau aria a patru triunghiuri regulate.
Găsim aria unui triunghi regulat folosind formula:
Apoi obținem aria tetraedrului egală cu:
Să înlocuim lungimea muchiei a = 5 cm în formula,
se dovedește
Răspuns: Aria de dezvoltare a unui tetraedru obișnuit
Construiți o secțiune a tetraedrului cu un plan care trece prin punctele M, N și K.
a) Într-adevăr, să conectăm punctele M și N (aparținând feței ADC), punctele M și K (aparținând feței ADB), punctele N și K (fețele DBC). Secțiunea transversală a tetraedrului este triunghiul MKN.
b) Conectați punctele M și K (aparțin fețelor ADB), punctele K și N (aparțin fețelor DCB), apoi continuați liniile MK și AB până se intersectează și plasați punctul P. Linia PN și punctul T se află în același plan ABC iar acum putem construi intersecția dreptei MK cu fiecare față. Rezultatul este un patrulater MKNT, care este secțiunea dorită.
|
tetraedru, formulă de tetraedru
Tetraedru(greaca veche τετρά-εδρον - tetraedru, din greaca veche. τέσσᾰρες, τέσσερες, τέττᾰρες, τέττορες, τέτορες - „patru” + greacă veche. ἕδρα - „șediul, baza”) este cel mai simplu poliedru, ale cărui fețe sunt patru triunghiuri. Un tetraedru are 4 fețe, 4 vârfuri și 6 muchii. Un tetraedru în care toate fețele sunt triunghiuri echilaterale se numește regulat. Un tetraedru regulat este unul dintre cele cinci poliedre regulate.
Pe lângă tetraedrul obișnuit, se disting următoarele tipuri speciale de tetraedre.
Volumul unui tetraedru (ținând cont de semn), ale cărui vârfuri sunt situate în puncte, este egal cu:
Sau, unde este aria oricărei fețe și este înălțimea coborâtă la această față.
Prin lungimile muchiilor, volumul tetraedrului este exprimat folosind determinantul Cayley-Menger:
Unele fructe, patru dintre ele pe de o parte, sunt situate la vârfurile unui tetraedru care este aproape de regulat. Acest design se datorează faptului că centrele a patru bile identice care se ating unele de altele sunt situate la vârfurile unui tetraedru obișnuit. Prin urmare, fructele sub formă de bile formează un aranjament relativ similar. De exemplu, nucile pot fi aranjate astfel.
Poliedre | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Corect (solide platonice) |
|||||||||
Corect neconvex |
Dodecaedru stelat Icosidodecaedru stelat Icosaedru stelat Poliedru stelat Octaedru stelat | ||||||||
Convex |
|
||||||||
Formule, teoreme, teorii |
Teorema lui Alexandrov pe poliedre convexe Teorema lui Bleeker Teorema lui Cauchy pe poliedre Teorema lui Lindelöf pe poliedre Teorema lui Minkowski pe poliedre Teorema lui Sabitov Teorema lui Euler pe poliedre Formula lui Schläfli |
||||||||
Alte |
Tetraedru ortocentric Tetraedru echilateral Paralepiped dreptunghiular Grup de poliedre Dodecaedre Unghi solid Cub unitar Poliedru flexibil Dezvoltare Simbol Schläfli Poliedru Johnson Multidimensional (tetraedru N-dimensional Tesseract Penteract Hexeract Hepteract Octeract Enteneract Dekeract Hypercube) Parchet |
tetraedru, tetraedru, tetraedru, vedere laterală tetraedru, vedere laterală tetraedru, vedere laterală tetraedru, tetraedru gezh yuu ve, tetraedru gezh yuu ve, tetraedru gezh yuu ve, tetraedru durs, tetraedru durs, tetraedru durs din hârtie, tetraedru din hârtie, tetraedru hârtie , tetraedru de hârtie, imagini tetraedru, imagini tetraedru, imagini tetraedru, definiție tetraedru, definiție tetraedru, definiție tetraedru, formulă tetraedru, formulă tetraedru, desen tetraedru, desen tetraedru, desen tetraedru, șablon tetraedru, șablon tetraedru, șablon tetraedru
Un tetraedru, sau piramidă triunghiulară, este cel mai simplu dintre poliedre, la fel cum un triunghi este cel mai simplu dintre poligoane dintr-un plan. Cuvântul „tetraedru” este format din două cuvinte grecești: tetra - „patru” și hedra - „bază”, „față”. Un tetraedru este definit de cele patru vârfuri ale sale - puncte care nu se află în același plan; fețele tetraedrului sunt patru triunghiuri; Tetraedrul are șase muchii. Spre deosebire de o piramidă -gonală arbitrară (la ), oricare dintre fețele sale poate fi aleasă ca bază a tetraedrului.
Multe proprietăți ale tetraedrelor sunt similare cu proprietățile corespunzătoare ale triunghiurilor. În special, 6 plane desenate prin punctele mijlocii ale muchiilor tetraedrului perpendicular pe acestea se intersectează într-un punct. În același punct se intersectează 4 drepte trasate prin centrele cercurilor circumscrise fețelor perpendiculare pe planurile fețelor, iar acesta este centrul sferei circumscris tetraedrului (Fig. 1). În mod similar, 6 semiplanuri bisectoare ale tetraedrului, adică semiplane care împart unghiurile diedrice de la marginile tetraedrului în jumătate, se intersectează de asemenea într-un punct - în centrul sferei înscrise în tetraedru - o sferă care atinge toate cele patru feţele tetraedrului. Orice triunghi are, pe lângă cerc, încă 3 excercuri (vezi Triunghi), dar un tetraedru poate avea orice număr - de la 4 la 7 - excercuri, adică. sfere care ating planurile tuturor celor patru fețe ale tetraedrului. Există întotdeauna 4 sfere înscrise în unghiuri triedrice trunchiate, dintre care una este prezentată în Fig. 2, corect. Alte 3 sfere pot fi înscrise (nu întotdeauna!) în unghiuri diedrice trunchiate la marginile tetraedrului - una dintre ele este prezentată în Fig. 2, stânga.
Pentru un tetraedru, există o altă posibilitate a poziției sale reciproce cu o sferă - atingerea unei anumite sfere cu toate marginile ei (Fig. 3). O astfel de sferă - numită uneori „înscrisă pe jumătate” - există numai în cazul în care sumele lungimilor muchiilor opuse ale tetraedrului sunt egale: (Fig. 3).
Pentru orice tetraedru, este valabil un analog al teoremei privind intersecția medianelor unui triunghi într-un punct. Și anume, 6 plane desenate prin marginile tetraedrului și punctele medii ale muchiilor opuse se intersectează într-un punct - la centroidul tetraedrului (Fig. 4). Trei „linii mediane” trec, de asemenea, prin centroid - segmente care conectează punctele de mijloc a trei perechi de margini opuse și sunt împărțite în jumătate cu un punct. În cele din urmă, trec și 4 „mediane” ale tetraedrului - segmente care leagă vârfurile cu centroizii fețelor opuse și sunt împărțite într-un punct într-un raport de 3: 1, numărând de la vârfuri.
Cea mai importantă proprietate a unui triunghi - egalitatea (sau) - nu are un analog „tetraedric” rezonabil: suma tuturor celor 6 unghiuri diedrice ale unui tetraedru poate lua orice valoare între și . (Desigur, suma tuturor celor 12 unghiuri plane ale unui tetraedru - 3 la fiecare vârf - nu depinde de tetraedru și este egală cu .)
Triunghiurile sunt de obicei clasificate în funcție de gradul de simetrie: triunghiurile regulate sau echilaterale au trei axe de simetrie, triunghiurile isoscele au una. Clasificarea tetraedrelor după gradul de simetrie este mai bogată. Cel mai simetric tetraedru este regulat, delimitat de patru triunghiuri regulate. Are 6 planuri de simetrie - trec prin fiecare muchie perpendicular pe muchia opusă - și 3 axe de simetrie care trec prin punctele medii ale muchiilor opuse (Fig. 5). Mai puțin simetrice sunt piramidele triunghiulare regulate (3 planuri de simetrie, Fig. 6) și tetraedrele izoedrice (adică, tetraedre cu fețe egale - 3 axe de simetrie, Fig. 7).
Tetraedrul este cea mai simplă figură poligonală. Este alcătuit din patru fețe, fiecare dintre ele fiind un triunghi echilateral, fiecare latură legată de cealaltă printr-o singură față. Când studiem proprietățile acestei figuri geometrice tridimensionale, pentru claritate, cel mai bine este să faci un model tetraedru din hârtie.
Pentru a construi un tetraedru simplu din hârtie, vom avea nevoie de:
Progres
Vă prezentăm atenției o clasă de master care vă spune cum să asamblați 6 tetraedre de hârtie într-un singur modul folosind tehnica origami.
Noi vom avea nevoie:
Progres
Dacă ați stăpânit tetraedrul, puteți continua și face
Secțiuni: Matematică
Planul de pregătire și desfășurare a lecției:
I. Etapa pregătitoare:
II. Etapa principală:
III. Etapa finală:
Obiectivele lecției:
Etapa pregătitoare (1 lecție):
- După ce criterii pot fi combinate piramidele triunghiulare neregulate?
- Ce înțelegem prin ortocentrul unui triunghi și ceea ce se poate numi ortocentrul unui tetraedru
- Are un tetraedru dreptunghiular un ortocentru?
- Ce tetraedru se numește izoedric?Ce proprietăți poate avea?
Proprietățile 1-4 sunt dovedite oral folosind Slide 1.
Proprietatea 1: Toate marginile sunt egale.
Proprietatea 2: Toate unghiurile plane sunt egale cu 60°.
Proprietatea 3: Suma unghiurilor plane la oricare trei vârfuri ale unui tetraedru este egală cu 180°.
Proprietatea 4: Dacă tetraedrul este regulat, atunci oricare dintre vârfurile sale este proiectat în ortocentrul feței opuse.
Dat:
ABCD – tetraedru regulat
AH – înălțime
Dovedi:
H – ortocentru
Dovada:
1) punctul H poate coincide cu oricare dintre punctele A, B, C. Fie H ? B, H ? C
2) AH + (ABC) => AH + BH, AH + CH, AH + DH,
3) Luați în considerare ABH, BCH, ADH
AD – general => ABH, BCH, ADH => BH =CH = DH
AB = AC = AD t. H – este ortocentrul ABC
Q.E.D.
Fiecare grupă își primește temele pentru acasă:
Demonstrează una dintre proprietăți.
Pregătiți o justificare cu o prezentare.
II. Etapa principală (în decurs de o săptămână):
III. Etapa finală (1-2 lecții):
Prezentarea și apărarea unei ipoteze folosind prezentări.
Când pregătesc materialul pentru lecția finală, elevii ajung la concluzia despre particularitatea punctului de intersecție al înălțimilor; suntem de acord să-l numim un punct „uimitor”.
Proprietatea 5: Centrele sferelor circumscrise și înscrise coincid.
Dat:
DABC – tetraedru regulat
O 1 - centrul sferei descrise
O - centrul sferei înscrise
N – punctul de contact al sferei înscrise cu faţa ABC
Demonstrați: O 1 = O
Dovada:
Fie OA = OB =OD = OC – razele cercului circumscris
Să omitem ON + (ABC)
AON = CON – dreptunghiular, de-a lungul catetei și ipotenuzei => AN = CN
Să omitem OM + (BCD)
COM DOM - dreptunghiular, de-a lungul catetei și ipotenuzei => CM = DM
De la punctul 1 CON COM => ON =OM
ON + (ABC) => ON,OM – razele cercului înscris.
Teorema este demonstrată.
Pentru un tetraedru obișnuit, există posibilitatea poziției sale reciproce cu o sferă - atingerea unei anumite sfere cu toate marginile ei. O astfel de sferă este uneori numită „semi-inscrisă”.
Proprietatea 6: Segmentele care leagă punctele medii ale muchiilor opuse și perpendiculare pe aceste muchii sunt razele unei sfere semiinscrise.
Dat:
ABCD – tetraedru regulat;
AL=BL, AK=CK, AS=DS,
BP=CP, BM=DM, CN=DN.
Dovedi:
LO = OK = OS = OM = ON =OP
Dovada.
Tetraedrul ABCD – corect => AO= BO = CO =DO
Luați în considerare triunghiurile AOB, AOC, COD, BOD, BOC, AOD.
AO=BO=>?AOB – isoscel =>
OL – mediană, înălțime, bisectoare
AO=CO=>?AOC– isoscel =>
OK – mediană, înălțime, bisectoare
CO=DO=>?COD– isoscel =>
ON– mediană, înălțime, bisectoare AOB=> AOC= COD=
BO=DO=>?BOD– isoscel => BOD= BOC= AOD
OM – mediană, înălțime, bisectoare
AO=DO=>?AOD– isoscel =>
OS – mediană, înălțime, bisectoare
BO=CO=>?BOC– isoscel =>
OP – mediană, înălțime, bisectoare
AO=BO=CO=DO
AB=AC=AD=BC=BD=CD
3) OL, OK, ON, OM, OS, OP - înălțimi egale cu razele OL, OK, ON, OM, OS, OP
triunghiuri isoscele sfere
Consecinţă:
O sferă pe jumătate înscrisă poate fi desenată într-un tetraedru obișnuit.
Proprietatea 7: dacă tetraedrul este regulat, atunci fiecare două margini opuse ale tetraedrului sunt reciproc perpendiculare.
Dat:
DABC – tetraedru regulat;
H – ortocentru
Dovedi:
Dovada:
DABC – tetraedru regulat =>?ADB – echilateral
(ADB) (EDC) = ED
ED – înălțime ADB => ED +AB,
AB + CE ,=> AB+ (EDC) => AB + CD.
Perpendicularitatea celorlalte muchii este dovedită în mod similar.
Proprietatea 8: șase planuri de simetrie se intersectează într-un punct. În punctul O, patru drepte trasate prin centrele cercurilor circumscrise în jurul fețelor perpendiculare pe planurile fețelor se intersectează, iar punctul O este centrul sferei circumscrise.
Dat:
ABCD – tetraedru regulat
Dovedi:
O – centrul sferei descrise;
6 planuri de simetrie se intersectează în punctul O;
Dovada.
CG + BD, pentru că BCD - echilateral => GO + BD (prin teorema a trei perpendiculare GO + BD)
BG = GD, deoarece AG – ABD median
ABD (ABD) => ? BOD - isoscel => BO=DO
ED + AB, deoarece ABD – echilateral => OE + AD (prin teorema a trei perpendiculare)
BE = AE, deoarece DE – median?ABD
ABD (ABD) =>?AOB – isoscel =>BO=AO
(AOB) (ABD) = AB
ON + (ABC) OF + AC (prin teorema lui trei
BF + AC, pentru că ABC - perpendiculare echilaterale)
AF = FC, deoarece BF – median?ABC
ABC (ABC) => AOC - isoscel => AO = CO
(AOC) ?(ABC) = AC
BO = AO =>AO = BO = CO = DO – razele sferei,
AO = CO descris lângă tetraedrul ABCD
(ABR) (ACG) = AO
(BCT) (ABR) = BO
(ACG) (BCT) = CO
(ADH) (CED) = DO
AB + (ABR)(ABR)(BCT)(ACG)(ADH)(CED) (BDF)
Prin urmare:
Punctul O este centrul sferei circumscrise,
6 planuri de simetrie se intersectează în punctul O.
Proprietatea 9: Unghiul obtuz dintre perpendicularele care trec prin vârfurile tetraedrului la ortocentri este de 109°28"
Dat:
ABCD – tetraedru regulat;
O – centrul sferei circumscrise;
Dovedi:
Dovada:
1) AS – înălțime
ASB = 90 o OSB dreptunghiular
2) (conform proprietății unui tetraedru obișnuit)
3)AO=BO – razele sferei circumscrise
4) 70°32"
6) AO=BO=CO=DO =>?AOD=?AOC=?AOD=?COD=?BOD=?BOC
Concluzie.
(Profesorul și elevii rezumă lecția. Unul dintre elevi vorbește cu un scurt raport despre tetraedre, ca unitate structurală a elementelor chimice.)
Sunt studiate proprietățile unui tetraedru obișnuit și punctul său „uimitor”.
S-a descoperit că doar forma unui astfel de tetraedru, care are toate proprietățile de mai sus, precum și un punct „ideal”, poate fi modelată de molecule de silicați și hidrocarburi. Sau moleculele pot consta din mai multe tetraedre regulate. În prezent, tetraedrul este cunoscut nu numai ca un reprezentant al civilizației antice și al matematicii, ci și ca bază a structurii substanțelor.
Silicații sunt substanțe asemănătoare sărurilor care conțin compuși de siliciu și oxigen. Numele lor provine din cuvântul latin „silex” - „flent”. Baza moleculelor de silicat sunt radicalii atomici sub formă de tetraedre.
Silicații sunt nisip, argilă, cărămidă, sticlă, ciment, smalț, talc, azbest, smarald și topaz.
Silicații reprezintă mai mult de 75% din scoarța terestră (și împreună cu cuarțul aproximativ 87%) și mai mult de 95% din rocile magmatice.
O caracteristică importantă a silicaților este capacitatea de combinare reciprocă (polimerizare) a două sau mai multe tetraedre de siliciu-oxigen printr-un atom de oxigen comun.
Hidrocarburile saturate au aceeași formă moleculară, dar, spre deosebire de silicați, sunt formate din carbon și hidrogen. Formula generală a moleculelor
Hidrocarburile includ gazele naturale.
Vom lua în considerare proprietățile tetraedrelor dreptunghiulare și izoedrice.
Literatură.