Этот видеоурок доступен по абонементу
У вас уже есть абонемент? Войти
На этом уроке мы дадим определение параллелепипеда, обсудим его строение и его элементы (диагонали параллелепипеда, стороны параллелепипеда и их свойства). А также рассмотрим свойства граней и диагоналей параллелограмма. Далее решим типовую задачу на построение сечения в параллелепипеде.
Видео:10 класс, 24 урок, Прямоугольный параллелепипедСкачать
Запишите грани параллелепипеда которым параллельна прямая ав
То есть: имеем два равных параллелограмма АВСD и А 1 В 1 С 1 D 1 (основания), они лежат в параллельных плоскостях так, что боковые ребра АА 1 , ВВ 1 , DD 1 , СС 1 параллельны. Таким образом, составленная из параллелограммов поверхность называется параллелепипедом.
1. Противоположные грани параллелепипеда параллельны и равны.
(фигуры равны, то есть их можно совместить наложением)
АВСD = А 1 В 1 С 1 D 1 (равные параллелограммы по определению),
АА 1 В 1 В = DD 1 С 1 С (так как АА 1 В 1 В и DD 1 С 1 С – противоположные грани параллелепипеда),
АА 1 D 1 D = ВВ 1 С 1 С (так как АА 1 D 1 D и ВВ 1 С 1 С – противоположные грани параллелепипеда).
2. Диагонали параллелепипеда пересекаются в одной точке и делятся этой точкой пополам.
Диагонали АС 1 , В 1 D, А 1 С, D 1 В пересекаются в одной точке О, и каждая диагональ делится этой точкой пополам (рис. 2).
3. Имеются три четверки равных и параллельных ребер: 1 – АВ, А 1 В 1 , D 1 C 1 , DC, 2 – AD, A 1 D 1 , B 1 C 1 , BC, 3 – АА 1 , ВВ 1 , СС 1 , DD 1 .
Определение . Параллелепипед называется прямым, если его боковые ребра перпендикулярны основаниям.
Пусть боковое ребро АА 1 перпендикулярно основанию (рис. 3). Это означает, что прямая АА 1 перпендикулярна прямым АD и АВ, которые лежат в плоскости основания. А, значит, в боковых гранях лежат прямоугольники. А в основаниях лежат произвольные параллелограммы. Обозначим, ∠BAD = φ, угол φ может быть любым.
Определение . Параллелепипед называется прямоугольным, если его боковые ребра перпендикулярны к основанию. Основания являются прямоугольниками.
Параллелепипед АВСDА 1 В 1 С 1 D 1 – прямоугольный (рис. 4), если:
1. АА 1 ⊥ АВСD (боковое ребро перпендикулярно плоскости основания, то есть параллелепипед прямой).
2. ∠ВАD = 90°, т. е. в основании лежит прямоугольник.
Прямоугольный параллелепипед обладает всеми свойствами произвольного параллелепипеда. Но есть дополнительные свойства, которые выводятся из определения прямоугольного параллелепипеда.
1. В прямоугольном параллелепипеде все шесть граней прямоугольники.
АВСD и А 1 В 1 С 1 D 1 – прямоугольники по определению.
2. Боковые ребра перпендикулярны основанию. Значит, все боковые грани прямоугольники.
3. Все двугранные углы прямоугольного параллелепипеда прямые.
Рассмотрим, например, двугранный угол с ребром АВ, т. е. двугранный угол между плоскостями АВВ 1 и АВС.
АВ – ребро, точка А 1 лежит в одной плоскости – в плоскости АВВ 1 , а точка D в другой – в плоскости А 1 В 1 С 1 D 1 . Тогда рассматриваемый двугранный угол можно еще обозначить следующим образом: ∠А 1 АВD.
Возьмем точку А на ребре АВ. АА 1 – перпендикуляр к ребру АВ в плоскости АВВ 1 , AD перпендикуляр к ребру АВ в плоскости АВС. Значит, ∠А 1 АD – линейный угол данного двугранного угла. ∠А 1 АD = 90°, значит, двугранный угол при ребре АВ равен 90°.
∠(АВВ 1 , АВС) = ∠(АВ) = ∠А 1 АВD= ∠А 1 АD = 90°.
Аналогично доказывается, что любые двугранные углы прямоугольного параллелепипеда прямые.
Теорема . Квадрат диагонали прямоугольного параллелепипеда равен сумме квадратов трех его измерений.
Примечание. Длины трех ребер, исходящих из одной вершины, являются измерениями прямоугольного параллелепипеда. Их иногда называют длина, ширина, высота.
Дано: АВСDА 1 В 1 С 1 D 1 – прямоугольный параллелепипед (рис. 5).
Доказать: .
Прямая СС 1 перпендикулярна плоскости АВС, а значит, и прямой АС. Значит, треугольник СС 1 А – прямоугольный. По теореме Пифагора:
Рассмотрим прямоугольный треугольник АВС. По теореме Пифагора:
Но ВС и AD – противоположные стороны прямоугольника. Значит, ВС = AD. Тогда:
Так как , а , то. Поскольку СС 1 = АА 1 , то что и требовалось доказать.
Следствие : Диагонали прямоугольного параллелепипеда равны.
Обозначим измерения параллелепипеда АВС как a, b, c (см. рис. 6), тогда АС 1 = СА 1 = В 1 D = DВ 1 =
Видео:5 класс, 20 урок, Прямоугольный параллелепипедСкачать
Геометрия. 10 класс
Конспект урока
Геометрия, 10 класс
Урок №7. Тетраэдр и параллелепипед
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме
- понятие тетраэдра;
- понятие параллелепипеда;
- свойства ребер, граней, диагоналей параллелепипеда;
- определение сечения в фигуре;
- метод следа.
Глоссарий по теме
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.
Атанасян Л.С., Бутузов В.Ф., Кадомцев С.Б. и др. Учебник Геометрия 10-11 кл.– М.: Просвещение, 2014.
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:
Решу ЕГЭ. Открытый образовательный портал. https://ege.sdamgia.ru
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
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 AA1, BB1, 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
- Противоположные грани параллелепипеда параллельны и равны.
- Все четыре диагонали пересекаются в одной точке и делятся в ней пополам.
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
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.
- сечение параллельное плоскости основания,
- диагональное сечение,
- сечение, параллельное плоскости грани,
- произвольное сечение.
Фигуры, которые получаются в результате сечения:
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.
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.
🔍 Видео
10 класс, 13 урок, ПараллелепипедСкачать
Одна из граней параллелепипеда квадратСкачать
Геометрия 10 класс (Урок№7 - Тетраэдр и параллелепипед.)Скачать
Параллельные прямые | Математика | TutorOnlineСкачать
Как строить сечения параллелепипедаСкачать
Стереометрия 10 класс. Часть 1 | МатематикаСкачать
МАТЕМАТИКА 5 класс: Прямоугольный параллелепипед | ВидеоурокСкачать
Математика без Ху!ни. Уравнения прямой. Часть 2. Каноническое, общее и в отрезках.Скачать
Параллельность прямых. Практическая часть. 10 класс.Скачать
Геометрия 10 класс ПараллелепипедСкачать
Геометрия 10 класс: ПараллелепипедСкачать
Логарифм с нуля до уровня про. Уравнения, неравенства и параметр. Профильный ЕГЭСкачать
Площадь поверхности параллелепипедаСкачать
Параллельность прямых, плоскостей, прямой и плоскости | Математика ЕГЭ для 10 класса | УмскулСкачать
10 класс, 14 урок, Задачи на построение сеченийСкачать
Математика без Ху!ни. Уравнение плоскости.Скачать
5 класс, 21 урок, Объемы. Объем прямоугольного параллелепипедаСкачать
Математика 5 класс (Урок№31 - Прямоугольный параллелепипед.)Скачать