TEXTOVÉ VYSVETLENIE LEKCIE:
Dobrý deň! Pokračujeme v štúdiu témy: "Paralelizmus čiar a rovín."
Myslím, že už je jasné, že dnes budeme hovoriť o mnohostenoch - povrchoch geometrických telies tvorených mnohouholníkmi.
Teda štvorsten.
Budeme študovať mnohosteny podľa plánu:
1. definícia štvorstenu
2. prvky štvorstenu
3. vývoj štvorstenu
4. obraz v lietadle
1. zostavte trojuholník ABC
2. bod D neležiaci v rovine tohto trojuholníka
3. spoj bod D úsečkami s vrcholmi trojuholníka ABC. Získame trojuholníky DAB, DBC a DCA.
Definícia: Plocha zložená zo štyroch trojuholníkov ABC, DAB, DBC a DCA sa nazýva štvorsten.
Označenie: DABC.
Prvky štvorstenu
Trojuholníky, ktoré tvoria štvorsten, sa nazývajú steny, ich strany sú hrany a ich vrcholy sú vrcholy štvorstenu.
Koľko stien, hrán a vrcholov má štvorsten?
Štvorsten má štyri steny, šesť hrán a štyri vrcholy.
Dve hrany štvorstenu, ktoré nemajú spoločné vrcholy, sa nazývajú opačné.
Na obrázku sú hrany AD a BC, BD a AC, CD a AB protiľahlé.
Niekedy je jedna z plôch štvorstenu oddelená a nazývaná jeho základňa a ďalšie tri sa nazývajú bočné steny.
Rozvíjajúci sa štvorsten.
Na vytvorenie štvorstenu z papiera budete potrebovať nasledujúci sken,
musí sa preniesť na hrubý papier, vystrihnúť, zložiť pozdĺž bodkovaných čiar a prilepiť.
Na rovine je znázornený štvorsten
Vo forme konvexného alebo nekonvexného štvoruholníka s uhlopriečkami. Prerušované čiary predstavujú neviditeľné okraje.
Na prvom obrázku je AC neviditeľná hrana,
na druhom - EK, LK a KF.
Poďme vyriešiť niekoľko typických problémov na štvorstene:
Nájdite vývojovú oblasť pravidelného štvorstenu s hranou 5 cm.
Riešenie. Nakreslíme sieť štvorstenu
(na obrazovke sa objaví štvorsten)
Tento štvorsten pozostáva zo štyroch rovnostranných trojuholníkov, preto sa vývojová plocha pravidelného štvorstenu rovná celkovej ploche štvorstenu alebo ploche štyroch pravidelných trojuholníkov.
Hľadáme oblasť pravidelného trojuholníka pomocou vzorca:
Potom dostaneme plochu štvorstenu rovnajúcu sa:
Vo vzorci nahraďte dĺžku okraja a \u003d 5 cm,
ukázalo sa
Odpoveď: Oblasť pravidelného štvorstenu
Zostrojte rez štvorstenom rovinou prechádzajúcou bodmi M, N a K.
a) Spojme body M a N (patria stene ADC), body M a K (patria stene ADB), body N a K (stropy DBC). Úsek štvorstenu je trojuholník MKN.
b) Spojte body M a K (patria čelbe ADB), body K a N (patria čelbe DCB), potom pokračujte v priamkach MK a AB na priesečník a umiestnite bod P. Priamka PN a bod T leží v rovnakej rovine ABC a teraz môžeme zostrojiť priesečník priamky MK s každou plochou. Výsledkom je štvoruholník MKNT, ktorý je požadovaným rezom.
|
štvorsten, štvorstenné vzorce
štvorsten(staroveká gréčtina τετρά-εδρον - štvorsten, z inej gréčtiny. τέσσᾰρες, τέσσερες, τέττᾰρες, τέτορες, τέτορες – „štyri“ + iná gréčtina. ἕδρα - "sedadlo, základňa") - najjednoduchší mnohosten, ktorého strany sú štyri trojuholníky. Štvorsten má 4 steny, 4 vrcholy a 6 hrán. Štvorsten, v ktorom sú všetky steny rovnostranné trojuholníky, sa nazýva pravidelný. Pravidelný štvorsten je jedným z piatich pravidelných mnohostenov.
Okrem pravidelného štvorstenu sa rozlišujú nasledujúce špeciálne typy štvorstenov.
Objem štvorstenu (berúc do úvahy znamienko), ktorého vrcholy sú v bodoch, sa rovná:
Alebo kde je oblasť ktorejkoľvek tváre a či je výška znížená na túto tvár.
Pokiaľ ide o dĺžky hrán, objem štvorstenu je vyjadrený pomocou Cayley-Mengerovho determinantu:
Niektoré plody, ktoré sú na jednej strane štyri, sa nachádzajú vo vrcholoch štvorstenu blízko pravidelného. Tento dizajn je spôsobený skutočnosťou, že stredy štyroch rovnakých guľôčok, ktoré sa navzájom dotýkajú, sú umiestnené vo vrcholoch pravidelného štvorstenu. Preto guľovité plody tvoria podobné vzájomné usporiadanie. Takto sa dajú naaranžovať napríklad vlašské orechy.
Polyhedra | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
správne (Platónske pevné látky) |
|||||||||
správne nekonvexné |
Hviezdicový dvanásťsten Hviezdicový ikoziddekaedrón Hviezdicový dvadsaťsten Hviezdicový mnohosten Hviezdicový osemsten | ||||||||
konvexné |
|
||||||||
vzorce, teorémy teórie |
Aleksandrovova veta o konvexných polytopoch Bleeckerova veta Cauchyho veta o polytopoch Lindelöfova veta o polytope Minkowského veta o polytopoch Sabitovova veta Eulerova veta o polytopoch Schläfliho vzorec |
||||||||
Iné |
Ortocentrický štvorsten Izoedrický štvorsten Obdĺžnikový rovnobežnosten Skupina mnohostenov Dvanásťsteny Plný uhol Jednotková kocka Flexibilný mnohosten Vývoj Schläfli symbol Johnson mnohosten |
štvorsten štvorsten štvorsten papierový štvorsten, štvorstenné obrázky, štvorstenové obrázky, štvorstenové obrázky, štvorstenná definícia, štvorstenná definícia, štvorstenná definícia, vzorec štvorsten, vzorec štvorsten, vzorec štvorsten, kresba štvorstenu, kresba štvorstena, kresba štvorstena, štvorstenná kresba, štvorstenná kresba, štvorsten, štvorsten, štvorsten, štvorsten
Štvorsten alebo trojuholníková pyramída je najjednoduchší z mnohostenov, rovnako ako trojuholník je najjednoduchší z mnohouholníkov v rovine. Slovo "tetrahedron" je vytvorené z dvoch gréckych slov: tetra - "štyri" a hedra - "základňa", "tvár". Štvorsten je daný jeho štyrmi vrcholmi - bodmi, ktoré neležia v rovnakej rovine; tváre štvorstenu - štyri trojuholníky; Štvorsten má šesť hrán. Na rozdiel od ľubovoľnej -uhlovej pyramídy (v ), ktorákoľvek z jej plôch môže byť zvolená ako základňa štvorstenu.
Mnohé vlastnosti štvorstenov sú podobné vlastnostiam trojuholníkov. Konkrétne sa v jednom bode pretína 6 rovín pretiahnutých stredmi okrajov štvorstenu, ktoré sú na ne kolmé. V tom istom bode sa pretínajú 4 priame čiary vedené stredmi kružníc opísaných v blízkosti plôch kolmých na roviny plôch a sú stredom gule opísanej v blízkosti štvorstenu (obr. 1). Podobne 6 polrovín osy štvorstenu, teda polrovín, ktoré delia uhly dvojsteny na okrajoch štvorstenu na polovicu, sa tiež pretína v jednom bode - v strede gule vpísanej do štvorstenu - gule, ktorá sa dotýka všetkých štyroch strán štvorstenu. Ľubovoľný trojuholník má okrem vpísaných ešte 3 kružnice (pozri Trojuholník), ale štvorsten môže mať ľubovoľný počet - od 4 do 7 - kružníc, t.j. gule dotýkajúce sa rovín všetkých štyroch stien štvorstenu. V zrezaných trojstenných uhloch sú vždy vpísané 4 gule, z ktorých jedna je znázornená na obr. 2, vpravo. Ďalšie 3 gule môžu byť vpísané (nie vždy!) do zrezaných dihedrálnych uhlov na okrajoch štvorstenu - jedna z nich je znázornená na obr. 2 ľavý.
Pre štvorsten je iná možnosť jeho vzájomného usporiadania s guľou - dotyk s určitou guľou všetkými jej okrajmi (obr. 3). Takáto guľa – niekedy nazývaná aj „polopísaná“ – existuje len vtedy, ak sú súčty dĺžok protiľahlých hrán štvorstenu rovnaké: (obr. 3).
Pre každý štvorsten platí analógia vety o priesečníku mediánov trojuholníka v jednom bode. Totiž 6 rovín ťahaných cez hrany štvorstenu a stredy protiľahlých hrán sa pretína v jednom bode – v ťažisku štvorstenu (obr. 4). Cez ťažisko prechádzajú aj 3 „stredné čiary“ – segmenty spájajúce stredy troch párov protiľahlých hrán a sú rozdelené bodom na polovicu. Nakoniec prechádzajú aj 4 „strednice“ štvorstenu - segmenty spájajúce vrcholy s ťažiskami protiľahlých stien a sú rozdelené v bode v pomere 3:1, počítajúc od vrcholov.
Najdôležitejšia vlastnosť trojuholníka - rovnosť (alebo) - nemá žiadny rozumný "tetrahedrálny" analóg: súčet všetkých 6 dihedrických uhlov štvorstenu môže mať akúkoľvek hodnotu medzi a. (Samozrejme, súčet všetkých 12 rovinných uhlov štvorstenu - 3 v každom vrchole - je nezávislý od štvorstenu a rovná sa .)
Trojuholníky sa zvyčajne klasifikujú podľa stupňa symetrie: pravidelné alebo rovnostranné trojuholníky majú tri osi symetrie, rovnoramenné - jednu. Klasifikácia štvorstenov podľa stupňa symetrie je bohatšia. Najviac symetrický štvorsten je pravidelný, ohraničený štyrmi pravidelnými trojuholníkmi. Má 6 rovín symetrie - prechádzajú každou hranou kolmou na protiľahlú hranu - a 3 osi symetrie prechádzajúce stredmi protiľahlých hrán (obr. 5). Menej symetrické sú pravidelné trojuholníkové ihlany (3 roviny symetrie, obr. 6) a izoedrické štvorsteny (čiže štvorsteny s rovnakými stenami - 3 osi symetrie, obr. 7).
Štvorsten je najjednoduchší polygonálny útvar. Pozostáva zo štyroch plôch, z ktorých každá je rovnostranný trojuholník, pričom každá strana je s druhou spojená iba jednou stranou. Pri štúdiu vlastností tohto trojrozmerného geometrického útvaru je pre prehľadnosť najlepšie vyrobiť model štvorstenu z papiera.
Na zostavenie jednoduchého papierového štvorstenu potrebujeme:
Pokrok
Upozorňujeme na majstrovskú triedu, ktorá hovorí, ako zostaviť 6 papierových štvorstenov do jedného modulu pomocou techniky origami.
Budeme potrebovať:
Pokrok
Ak ste sa vyrovnali s štvorstenom, môžete pokračovať a robiť
Sekcie: Matematika
Plán prípravy a priebehu hodiny:
I. Prípravná fáza:
II. Hlavné pódium:
III. Záverečná fáza:
Ciele lekcie:
Prípravná fáza (1 lekcia):
- Na základe čoho môžu byť nepravidelné trojuholníkové pyramídy kombinované
- Čo rozumieme pod ortocentrom trojuholníka a čo možno nazvať ortocentrom štvorstenu
- Má pravouhlý štvorsten ortocentrum?
- Ktorý štvorsten sa nazýva izoedrický Aké vlastnosti môže mať
Vlastnosti 1-4 sú dokázané slovne pomocou snímky 1.
Vlastnosť 1: Všetky hrany sú rovnaké.
Vlastnosť 2: Všetky rovinné uhly sú 60°.
Vlastnosť 3: Súčet rovinných uhlov v ľubovoľných troch vrcholoch štvorstenu je 180°.
Vlastnosť 4: Ak je štvorsten pravidelný, potom sa ktorýkoľvek z jeho vrcholov premieta do ortocentra protiľahlej steny.
Vzhľadom na to:
ABCD je pravidelný štvorsten
AH - výška
dokázať:
H - ortocentrum
dôkaz:
1) bod H sa môže zhodovať s ktorýmkoľvek z bodov A, B, C. Nech H ?B, H ?C
2) AH + (ABC) => AH + BH, AH + CH, AH + DH,
3) Zvážte ABH, BCH, ADH
AD - všeobecné => ABH, BCH, ADH => BH =CH = DH
AB \u003d AC \u003d AD t. H - je ortocentrum ABC
Q.E.D.
Každá skupina dostane svoju vlastnú domácu úlohu:
Dokážte jednu z vlastností.
Pripravte si zdôvodnenie s prezentáciou.
II. Hlavná fáza (do týždňa):
III. Záverečná fáza (1-2 lekcie):
Reprezentácia a obhajoba hypotézy pomocou prezentácií.
Pri príprave materiálu na záverečnú hodinu študenti dospejú k záveru o vlastnostiach priesečníka výšok, súhlasíme s tým, že to budeme nazývať „úžasným“ bodom.
Vlastnosť 5: Stredy opísanej a vpísanej gule sa zhodujú.
Vzhľadom na to:
DABC je pravidelný štvorsten
Asi 1 - stred opísanej gule
O - stred vpísanej gule
N je bod dotyku vpísanej gule s plochou ABC
Dokážte: O 1 = O
dôkaz:
Nech OA = OB =OD = OC sú polomery kružnice opísanej
Zapnite + (ABC)
AON = CON - pravouhlý, pozdĺž nohy a prepony => AN = CN
Vynechať OM + (BCD)
COM DOM - pravouhlý, pozdĺž nohy a prepony => CM = DM
Z odseku 1 CON COM => ON = OM
ОN + (ABC) => ON,OM - polomery vpísanej kružnice.
Veta bola dokázaná.
Pre pravidelný štvorsten existuje možnosť jeho vzájomného usporiadania s guľou - dotyk s určitou guľou so všetkými jej okrajmi. Takáto guľa sa niekedy nazýva „polopísaná“ guľa.
Vlastnosť 6: Segmenty spájajúce stredy protiľahlých hrán a kolmé na tieto hrany sú polomery napoly vpísanej gule.
Vzhľadom na to:
ABCD je pravidelný štvorsten;
AL=BL, AK=CK, AS=DS,
BP=CP, BM=DM, CN=DN.
dokázať:
LO=OK=OS=OM=ON=OP
Dôkaz.
Tetrahedron ABCD - pravidelný => AO= BO = CO = DO
Zvážte trojuholníky AOB, AOC, COD, BOD, BOC, AOD.
AO=BO=>?AOB – rovnoramenné =>
OL - medián, výška, os
AO=CO=>?AOC– rovnoramenné =>
OK - medián, výška, stred
CO=DO=>?COD– rovnoramenné =>
ON– medián, výška, bisector AOB=> AOC= COD=
BO=DO=>?BOD–rovnomerný => BOD=BOC=AOD
OM – medián, výška, stred
AO=DO=>?AOD– rovnoramenné =>
OS - medián, výška, os
BO=CO=>?BOC– rovnoramenné =>
OP – medián, výška, os
AO=BO=CO=DO
AB=AC=AD=BC=BD=CD
3) OL, OK, ON, OM, OS, OP - výšky v rovnakých polomeroch OL,OK,ON,OM,OS, OP
rovnoramenné trojuholníky gule
Dôsledok:
Pravidelný štvorsten obsahuje polovpísanú guľu.
Vlastnosť 7: ak je štvorsten pravidelný, potom sú každé dva protiľahlé okraje štvorstenu navzájom kolmé.
Vzhľadom na to:
DABC je pravidelný štvorsten;
H - ortocentrum
dokázať:
dôkaz:
DABC - pravidelný štvorsten =>? ADB - rovnostranný
(ADB) (EDC) = ED
ED - výška ADB => ED +AB,
AB + CE ,=> AB+ (EDC) => AB + CD.
Podobne je dokázaná kolmosť ostatných hrán.
Vlastnosť 8: Šesť rovín symetrie sa pretína v jednom bode. Štyri priame čiary sa pretínajú v bode O, vedené stredmi kružníc opísaných v blízkosti plôch kolmých na roviny plôch a bod O je stredom opísanej gule.
Vzhľadom na to:
ABCD je pravidelný štvorsten
dokázať:
O je stred opísanej gule;
6 rovín symetrie sa pretína v bode O;
Dôkaz.
CG + BD BCD - rovnostranný => GO + BD (podľa vety o troch kolmiciach GO + BD)
BG = GD, pretože AG - ABD medián
ABD (ABD)=> ? BOD - rovnoramenný => BO=DO
ED + AB, as ABD - rovnostranný => OE + AD (podľa vety o troch kolmičkách)
BE = AE, pretože DE - medián?ABD
ABD (ABD) =>?AOB - rovnoramenný =>BO=AO
(AOB) (ABD) = AB
ON + (ABC) OF + AC (troma
BF + AC, pretože ABC - rovnostranné kolmice)
AF = FC, pretože BF - medián? ABC
ABC (ABC) => AOC - rovnoramenné => AO = CO
(AOC) a (ABC) = AC
BO = AO =>AO = BO = CO = DO sú polomery gule,
AO = CO ohraničený štvorstenom ABCD
(ABR) (ACG) = AO
(BCT) (ABR) = BO
(ACG) (BCT) = CO
(ADH) (CED) = DO
AB + (ABR)(ABR)(BCT)(ACG)(ADH)(CED) (BDF)
teda:
Bod O je stredom opísanej gule,
V bode O sa pretína 6 rovín symetrie.
Nehnuteľnosť 9: Tupý uhol medzi kolmicami prechádzajúcimi cez vrcholy štvorstenu k ortocentrám je 109°28"
Vzhľadom na to:
ABCD je pravidelný štvorsten;
O je stred opísanej gule;
dokázať:
dôkaz:
1)AS - výška
ASB = 90 o OSB obdĺžnikové
2) (podľa vlastnosti pravidelného štvorstenu)
3)AO=BO - polomery opísanej gule
4) 70°32"
6) AO=BO=CO=DO =>?AOD=?AOC=?AOD=?COD=?BOD=?BOC
Záver.
(Učiteľ a študenti zhrnú lekciu. Jeden zo študentov hovorí stručnou správou o tetraedroch ako štruktúrnej jednotke chemických prvkov.)
Študujú sa vlastnosti pravidelného štvorstenu a jeho „prekvapivý“ bod.
Zistilo sa, že tvar iba takého štvorstenu, ktorý má všetky vyššie uvedené vlastnosti, ako aj „ideálny“ bod, môžu obsadiť molekuly silikátov a uhľovodíkov. Alebo molekuly môžu pozostávať z niekoľkých pravidelných štvorstenov. V súčasnosti je štvorsten známy nielen ako predstaviteľ starovekej civilizácie, matematiky, ale aj ako základ štruktúry látok.
Silikáty sú soli podobné látky obsahujúce zlúčeniny kremíka s kyslíkom. Ich názov pochádza z latinského slova "silex" - "flint". Základom silikátových molekúl sú atómové radikály, ktoré majú formu tetraédra.
Silikáty sú piesok, hlina a tehly, a sklo, a cement, a smalt, a mastenec, azbest, a smaragd a topás.
Silikáty tvoria viac ako 75 % zemskej kôry (a spolu s kremeňom asi 87 %) a viac ako 95 % vyvrelých hornín.
Dôležitou vlastnosťou silikátov je schopnosť vzájomnej kombinácie (polymerizácie) dvoch alebo viacerých kremíkovo-kyslíkových tetraedrov cez spoločný atóm kyslíka.
Rovnaká forma molekúl má nasýtené uhľovodíky, ale na rozdiel od kremičitanov pozostávajú z uhlíka a vodíka. Všeobecný vzorec molekúl
Medzi uhľovodíky patrí zemný plyn.
Je potrebné zvážiť vlastnosti pravouhlých a izoedrických štvorstenov.
Literatúra.