Правилна имуществена пирамида. Пирамида

Въведение

Когато започнахме да изучаваме стереометрични фигури, докоснахме темата "Пирамида". Харесахме тази тема, защото пирамидата се използва много често в архитектурата. И тъй като нашите бъдеща професияархитект, вдъхновени от тази фигура, смятаме, че тя ще може да ни тласне към страхотни проекти.

Силата на архитектурните конструкции, най-важното им качество. Свързвайки силата, първо, с материалите, от които са създадени, и, второ, с характеристиките на дизайнерските решения, се оказва, че здравината на конструкцията е пряко свързана с геометричната форма, която е основна за нея.

С други думи, говорим сиза онази геометрична фигура, която може да се разглежда като модел на съответната архитектурна форма. Оказва се, че геометричната форма определя и здравината на архитектурната конструкция.

Египетските пирамиди отдавна се смятат за най-издръжливата архитектурна структура. Както знаете, те имат формата на правилни четириъгълни пирамиди.

Именно тази геометрична форма осигурява най-голяма стабилност поради голямата площ на основата. От друга страна, формата на пирамидата гарантира, че масата намалява с увеличаване на височината над земята. Именно тези две свойства правят пирамидата стабилна и следователно здрава в условията на гравитация.

Цел на проекта: научете нещо ново за пирамидите, задълбочете знанията и намерете практически приложения.

За постигането на тази цел беше необходимо да се решат следните задачи:

Научете историческа информация за пирамидата

Помислете за пирамидата геометрична фигура

Намерете приложение в бита и архитектурата

Открийте приликите и разликите между пирамидите, разположени в различни частиСвета

Теоретична част

Историческа информация

Началото на геометрията на пирамидата е положено в древен Египет и Вавилон, но активно се развива през Древна Гърция. Първият, който установява на какво е равен обемът на пирамидата е Демокрит, а Евдокс от Книд го доказва. Древногръцкият математик Евклид систематизира знанията за пирамидата в XII том на своето "Начала", а също така извежда първото определение на пирамидата: телесна фигура, ограничена от равнини, които се събират от една равнина в една точка.

Гробниците на египетските фараони. Най-големите от тях - пирамидите на Хеопс, Хефрен и Микерин в Ел Гиза в древността са били смятани за едно от Седемте чудеса на света. Издигането на пирамидата, в която гърците и римляните вече са виждали паметник на безпрецедентната гордост на царете и жестокостта, която обрича целия народ на Египет на безсмислено строителство, е най-важният култов акт и трябваше да изрази, очевидно, мистичната идентичност на страната и нейния владетел. Населението на страната е работело по изграждането на гробницата в свободната от земеделска работа част от годината. Редица текстове свидетелстват за вниманието и грижите, които самите царе (макар и от по-късно време) са полагали към изграждането на гробницата и нейните строители. Известно е и за специалните култови почести, които се оказват самата пирамида.

Основни понятия

ПирамидаНарича се полиедър, основата на който е многоъгълник, а останалите лица са триъгълници с общ връх.

апотема- височината на страничната повърхност на правилна пирамида, изтеглена от нейния връх;

Странични лица- триъгълници, събиращи се на върха;

Странични ребра- общи страни на страничните лица;

върха на пирамидата- точка, свързваща страничните ръбове и не лежаща в равнината на основата;

Височина- сегмент от перпендикуляр, прекаран през върха на пирамидата до равнината на нейната основа (краищата на този сегмент са върхът на пирамидата и основата на перпендикуляра);

Диагонално сечение на пирамида- сечение на пирамидата, минаващо през върха и диагонала на основата;

База- многоъгълник, който не принадлежи на върха на пирамидата.

Основните свойства на правилната пирамида

Страничните ръбове, страничните лица и апотемите са съответно равни.

Двустенните ъгли при основата са равни.

Двустенните ъгли при страничните ръбове са равни.

Всяка точка на височина е на еднакво разстояние от всички основни върхове.

Всяка точка на височина е на еднакво разстояние от всички странични лица.

Основни пирамидални формули

Странична зона и пълна повърхностпирамиди.

Площта на страничната повърхност на пирамидата (пълна и пресечена) е сумата от площите на всички нейни странични лица, общата повърхност е сумата от площите на всички нейни лица.

Теорема: Площта на страничната повърхност на правилна пирамида е равна на половината от произведението на периметъра на основата и апотемата на пирамидата.

стр- периметър на основата;

ч- апотема.

Площта на страничните и пълните повърхности на пресечена пирамида.

p1, стр 2 - базови периметри;

ч- апотема.

Р- обща площ на правилна пресечена пирамида;

S страна- площ на страничната повърхност на правилна пресечена пирамида;

S1 + S2- основна площ

Обем на пирамидата

форма Обемната скала се използва за пирамиди от всякакъв вид.

зе височината на пирамидата.

Ъгли на пирамидата

Ъглите, образувани от страничната повърхност и основата на пирамидата, се наричат двустенни ъгли в основата на пирамидата.

Двустенният ъгъл е образуван от два перпендикуляра.

За да определите този ъгъл, често трябва да използвате теоремата за трите перпендикуляра.

Наричат се ъглите, образувани от страничен ръб и неговата проекция върху равнината на основата ъгли между страничния ръб и равнината на основата.

Ъгълът, образуван от две странични лица, се нарича двустенен ъгъл при страничния ръб на пирамидата.

Ъгълът, който се образува от два странични ръба на едно лице на пирамидата, се нарича ъгъл на върха на пирамидата.

Раздели на пирамидата

Повърхнината на пирамида е повърхността на многостен. Всяко от нейните лица е равнина, така че сечението на пирамидата, дадено от секущата равнина, е начупена линия, състояща се от отделни прави линии.

Диагонално сечение

Сечението на пирамида с равнина, минаваща през два странични ръба, които не лежат на едно и също лице, се нарича диагонално сечениепирамиди.

Паралелни секции

Теорема:

Ако пирамидата се пресича от равнина, успоредна на основата, тогава страничните ръбове и височини на пирамидата се разделят от тази равнина на пропорционални части;

Разрезът на тази равнина е многоъгълник, подобен на основата;

Площите на сечението и основата са свързани една с друга като квадрати на техните разстояния от върха.

Видове пирамиди

Правилна пирамида- пирамида, чиято основа е правилен многоъгълник, а върхът на пирамидата е проектиран в центъра на основата.

В правилната пирамида:

1. страничните ребра са равни

2. страничните лица са равни

3. апотемите са равни

4. двустенните ъгли в основата са равни

5. двустенните ъгли при страничните ръбове са равни

6. всяка точка на височина е на еднакво разстояние от всички основни върхове

7. всяка точка на височина е на еднакво разстояние от всички странични лица

Пресечена пирамида- частта от пирамидата, затворена между нейната основа и режеща равнина, успоредна на основата.

Основата и съответното сечение на пресечена пирамида се наричат основи на пресечена пирамида.

Нарича се перпендикуляр, изтеглен от всяка точка на една основа към равнината на друга височината на пресечената пирамида.

Задачи

номер 1. В правилна четириъгълна пирамида точка O е център на основата, SO=8 см, BD=30 см. Намерете страничния ръб SA.

Разрешаване на проблем

номер 1. В правилната пирамида всички лица и ръбове са равни.

Да разгледаме OSB: OSB-правоъгълен правоъгълник, защото.

SB 2 \u003d SO 2 + OB 2

SB2=64+225=289

Пирамида в архитектурата

Пирамида - монументална структура под формата на обикновена правилна геометрична пирамида, в която страните се събират в една точка. Според функционалното предназначение пирамидите в древността са били място за погребение или поклонение. Основата на пирамидата може да бъде триъгълна, четириъгълна или многоъгълна с произволен брой върхове, но най-разпространената версия е четириъгълната основа.

Значителен брой пирамиди са известни, построени различни култури древен святпредимно като храмове или паметници. Най-големите пирамиди са египетските пирамиди.

По цялата земя можете да видите архитектурни структури под формата на пирамиди. Пирамидалните сгради напомнят за древни времена и изглеждат много красиви.

Пирамидите на Египетнай велик архитектурни паметници древен Египет, сред които едно от „Седемте чудеса на света” е Хеопсовата пирамида. От подножието до върха достига 137,3 м, а преди да загуби върха, височината му е била 146,7 м.

Сградата на радиостанцията в столицата на Словакия, наподобяваща обърната пирамида, е построена през 1983 г. Освен офиси и сервизни помещения, вътре в обема има доста просторен концертна зала, която има едно от най-големите тела в Словакия.

Лувърът, който „е мълчалив и величествен като пирамида“, е претърпял много промени през вековете, преди да се превърне в най-големият музейспокойствие. Роден е като крепост, издигната от Филип Август през 1190 г., която скоро се превръща в кралска резиденция. През 1793 г. дворецът става музей. Колекциите се обогатяват чрез завещания или покупки.

Учениците се натъкват на концепцията за пирамида много преди изучаването на геометрия. Обвинете известните големи египетски чудеса на света. Ето защо, започвайки изучаването на този прекрасен полиедър, повечето ученици вече ясно си го представят. Всички горепосочени забележителности са в правилна форма. Какво дясна пирамида, и какви свойства има и ще бъдат обсъдени допълнително.

Във връзка с

Определение

Има много определения за пирамида. От древни времена той е много популярен.

Например Евклид го определя като твърда фигура, състояща се от равнини, които, започвайки от една, се събират в определена точка.

Heron предостави по-точна формулировка. Той настоя, че това е фигура, която има основа и равнини под формата на триъгълници,събиращи се в една точка.

Въз основа на съвременната интерпретация пирамидата се представя като пространствен многостен, състоящ се от определен k-ъгълник и k плоски триъгълни фигури, имащи една обща точка.

Нека погледнем по-отблизо, От какви елементи се състои?

k-gon се счита за основа на фигурата;
Като страни на страничната част излизат 3-ъгълни фигури;
горната част, от която произхождат страничните елементи, се нарича връх;
всички сегменти, свързващи върха, се наричат ръбове;
ако права линия се спусне от върха до равнината на фигурата под ъгъл от 90 градуса, тогава нейната част, затворена във вътрешното пространство, е височината на пирамидата;
във всеки страничен елемент отстрани на нашия полиедър можете да начертаете перпендикуляр, наречен апотема.

Броят на ръбовете се изчислява по формулата 2*k, където k е броят на страните на k-ъгълника. Колко лица има полиедър като пирамида може да се определи с израза k + 1.

важно!Пирамида правилна форманарича стереометрична фигура, чиято основна равнина е k-ъгълник с равни страни.

Основни свойства

Правилна пирамида има много свойствакоито са уникални за нея. Нека ги изброим:

Основата е фигура с правилна форма.
Ръбовете на пирамидата, ограничаващи страничните елементи, имат равни числени стойности.
Страничните елементи са равнобедрени триъгълници.
Основата на височината на фигурата попада в центъра на многоъгълника, като е едновременно централна точка на вписаното и описаното.
Всички странични ребра са наклонени към основната равнина под същия ъгъл.
Всички странични повърхности имат еднакъв ъгъл на наклон спрямо основата.

Благодарение на всички изброени свойства, изпълнението на изчисленията на елементите е значително опростено. Въз основа на горните свойства, обръщаме внимание на два знака:

В случай, че многоъгълникът се вписва в кръг, страничните стени ще имат равни ъгли с основата.
Когато се описва окръжност около многоъгълник, всички ръбове на пирамидата, излизащи от върха, ще имат еднаква дължина и равни ъгли с основата.

Квадратът се основава

Правилна четириъгълна пирамида - многостен, базиран на квадрат.

Има четири странични лица, които изглеждат равнобедрени.

На равнина е изобразен квадрат, но те се основават на всички свойства на правилния четириъгълник.

Например, ако е необходимо да се свърже страната на квадрат с неговия диагонал, тогава се използва следната формула: диагоналът е равен на произведението на страната на квадрата и квадратния корен от две.

Въз основа на правилен триъгълник

Правилната триъгълна пирамида е многостен, чиято основа е правилен 3-ъгълник.

Ако основата е правилен триъгълник, а страничните ръбове са равни на ръбовете на основата, тогава такава фигура наречен тетраедър.

Всички лица на тетраедър са равностранни 3-ъгълници. В този случай трябва да знаете някои точки и да не губите време за тях, когато изчислявате:

ъгълът на наклона на ребрата към всяка основа е 60 градуса;
стойността на всички вътрешни лица също е 60 градуса;
всяко лице може да действа като основа;
начертани във фигурата са равни елементи.

Сечения на многостен

Във всеки полиедър има няколко вида секциисамолет. Често в училищен курс по геометрия те работят с двама:

аксиален;
паралелна основа.

Аксиално сечение се получава чрез пресичане на полиедър с равнина, която минава през върха, страничните ръбове и оста. В този случай оста е височината, изтеглена от върха. Режещата равнина е ограничена от линиите на пресичане с всички лица, което води до триъгълник.

внимание!В правилната пирамида аксиалното сечение е равнобедрен триъгълник.

Ако режещата равнина е успоредна на основата, тогава резултатът е втората опция. В този случай имаме в контекста фигура, подобна на основата.

Например, ако основата е квадрат, тогава сечението, успоредно на основата, също ще бъде квадрат, само с по-малък размер.

При решаване на задачи при това условие се използват признаци и свойства на подобие на фигури, въз основа на теоремата на Талес. На първо място е необходимо да се определи коефициентът на сходство.

Ако равнината е начертана успоредно на основата и тя отрязва горната част на многостена, тогава в долната част се получава правилна пресечена пирамида. Тогава се казва, че основите на пресечения многостен са подобни многоъгълници. В този случай страничните лица са равнобедрени трапеци. Аксиалното сечение също е равнобедрено.

За да се определи височината на пресечен многостен, е необходимо да се начертае височината в аксиално сечение, тоест в трапец.

Повърхностни площи

Основните геометрични задачи, които трябва да се решават в училищния курс по геометрия са намиране на повърхността и обема на пирамида.

Има два типа повърхностна площ:

площ на страничните елементи;
цялата площ на повърхността.

От самото заглавие става ясно за какво става въпрос. Странична повърхноствключва само странични елементи. От това следва, че за да го намерите, просто трябва да съберете площите на страничните равнини, тоест площите на равнобедрените 3-ъгълници. Нека се опитаме да изведем формулата за площта на страничните елементи:

Площта на равнобедрен 3-ъгълник е Str=1/2(aL), където a е страната на основата, L е апотемата.
Броят на страничните равнини зависи от вида на k-ъгълника в основата. Например правилно четириъгълна пирамидаима четири странични равнини. Следователно е необходимо да се сумират площите на четирите фигури Sside=1/2(aL)+1/2(aL)+1/2(aL)+1/2(aL)=1/2*4a*L . Изразът е опростен по този начин, защото стойността 4a=POS, където POS е периметърът на основата. И изразът 1/2 * Rosn е неговият полупериметър.
И така, заключаваме, че площта на страничните елементи на правилната пирамида е равна на произведението на полупериметъра на основата и апотемата: Sside \u003d Rosn * L.

Площта на пълната повърхност на пирамидата се състои от сумата от площите на страничните равнини и основата: Sp.p. = Sside + Sbase.

Що се отнася до площта на основата, тук формулата се използва според вида на многоъгълника.

Обем на правилна пирамидае равно на произведението от площта на основната равнина и височината, разделена на три: V=1/3*Sbase*H, където H е височината на полиедъра.

Какво е правилна пирамида в геометрията

Свойства на правилна четириъгълна пирамида

апотема- височината на страничната страна на правилна пирамида, която се изтегля от нейния връх (освен това апотема е дължината на перпендикуляра, който се спуска от средата на правилен многоъгълник до 1 от страните му);
странични лица (ASB, BSC, CSD, DSA) - триъгълници, които се събират на върха;
странични ребра ( КАТО , BS , CS , Д.С. ) - общи страни на страничните лица;
върха на пирамидата (срещу) - точка, която свързва страничните ръбове и която не лежи в равнината на основата;
височина ( ТАКА ) - сегмент от перпендикуляра, който се изтегля през върха на пирамидата до равнината на нейната основа (краищата на такъв сегмент ще бъдат върхът на пирамидата и основата на перпендикуляра);
диагонално сечение на пирамида- сечение на пирамидата, което минава през върха и диагонала на основата;
база (ABCD) е многоъгълник, на който върхът на пирамидата не принадлежи.

свойства на пирамидата.

1. Когато всички странични ръбове са с еднакъв размер, тогава:

близо до основата на пирамидата е лесно да се опише кръг, докато върхът на пирамидата ще бъде проектиран в центъра на този кръг;
страничните ребра образуват равни ъгли с основната равнина;
освен това е вярно и обратното, т.е. когато страничните ръбове образуват равни ъгли с основната равнина или когато кръг може да бъде описан близо до основата на пирамидата и върхът на пирамидата ще бъде проектиран в центъра на този кръг, тогава всички странични ръбове на пирамидата имат еднакъв размер.

2. Когато страничните повърхности имат ъгъл на наклон към равнината на основата със същата стойност, тогава:

близо до основата на пирамидата е лесно да се опише кръг, докато върхът на пирамидата ще бъде проектиран в центъра на този кръг;
височините на страничните лица са с еднаква дължина;
площта на страничната повърхност е ½ произведението на периметъра на основата и височината на страничната повърхност.

3. В близост до пирамидата може да се опише сфера, ако в основата на пирамидата лежи многоъгълник, около който може да се опише окръжност (необходимите и достатъчно условие). Центърът на сферата ще бъде точката на пресичане на равнините, които минават през средните точки на ръбовете на пирамидата, перпендикулярни на тях. От тази теорема заключаваме, че една сфера може да бъде описана както около всяка триъгълна, така и около всяка правилна пирамида.

4. Сфера може да бъде вписана в пирамида, ако симетралните равнини на вътрешните двустенни ъгли на пирамидата се пресичат в 1-ва точка (необходимо и достатъчно условие). Тази точка ще стане център на сферата.

Най-простата пирамида.

Според броя на ъглите на основата на пирамидата те се делят на триъгълни, четириъгълни и т.н.

Пирамидата ще триъгълна, четириъгълна, и така нататък, когато основата на пирамидата е триъгълник, четириъгълник и т.н. триъгълна пирамидаима тетраедър - тетраедър. Четириъгълник - петоъгълник и така нататък.

Определение. Странично лице- това е триъгълник, в който единият ъгъл лежи на върха на пирамидата, а противоположната му страна съвпада със страната на основата (многоъгълник).

Определение. Странични ребраса общите страни на страничните лица. Една пирамида има толкова ръбове, колкото има ъгли в многоъгълник.

Определение. височина на пирамидатае перпендикуляр, спуснат от върха към основата на пирамидата.

Определение. апотема- това е перпендикулярът на страничната повърхност на пирамидата, спуснат от върха на пирамидата до страната на основата.

Определение. Диагонално сечение- това е сечение на пирамидата с равнина, минаваща през върха на пирамидата и диагонала на основата.

Определение. Правилна пирамида- Това е пирамида, в която основата е правилен многоъгълник, а височината се спуска към центъра на основата.

Обем и повърхност на пирамидата

Формула. обем на пирамидатапрез основна площ и височина:

свойства на пирамидата

Ако всички странични ръбове са равни, тогава около основата на пирамидата може да бъде описана окръжност, а центърът на основата съвпада с центъра на окръжността. Освен това перпендикулярът, пуснат от върха, минава през центъра на основата (окръжност).

Ако всички странични ребра са равни, тогава те са наклонени към основната равнина под същите ъгли.

Страничните ребра са равни, когато образуват равни ъгли с основната равнина или ако около основата на пирамидата може да се опише кръг.

Ако страничните стени са наклонени към равнината на основата под един ъгъл, тогава в основата на пирамидата може да се впише кръг, а върхът на пирамидата се проектира в нейния център.

Ако страничните лица са наклонени към основната равнина под един ъгъл, тогава апотемите на страничните лица са равни.

Свойства на правилната пирамида

1. Върхът на пирамидата е на еднакво разстояние от всички ъгли на основата.

2. Всички странични ръбове са равни.

3. Всички странични ребра са наклонени под еднакви ъгли спрямо основата.

4. Апотемите на всички странични лица са равни.

5. Площите на всички странични лица са равни.

6. Всички лица имат еднакви двустенни (плоски) ъгли.

7. Около пирамидата може да се опише сфера. Центърът на описаната сфера ще бъде пресечната точка на перпендикулярите, които минават през средата на ръбовете.

8. В пирамида може да се впише сфера. Центърът на вписаната сфера ще бъде пресечната точка на ъглополовящите, излизащи от ъгъла между ръба и основата.

9. Ако центърът на вписаната сфера съвпада с центъра на описаната сфера, тогава сумата от плоските ъгли при върха е равна на π или обратно, един ъгъл е равен на π / n, където n е числото на ъглите в основата на пирамидата.

Връзката на пирамидата със сферата

Сфера може да бъде описана около пирамидата, когато в основата на пирамидата лежи многостен, около който може да се опише окръжност (необходимо и достатъчно условие). Центърът на сферата ще бъде точката на пресичане на равнини, минаващи перпендикулярно през средните точки на страничните ръбове на пирамидата.

Около всяка триъгълна или правилна пирамида винаги може да се опише сфера.

Сфера може да бъде вписана в пирамида, ако симетралните равнини на вътрешните двустенни ъгли на пирамидата се пресичат в една точка (необходимо и достатъчно условие). Тази точка ще бъде центърът на сферата.

Връзката на пирамидата с конуса

Конус се нарича вписан в пирамида, ако върховете им съвпадат и основата на конуса е вписана в основата на пирамидата.

В пирамида може да се впише конус, ако апотемите на пирамидата са равни.

Конусът се нарича описан около пирамида, ако върховете им съвпадат и основата на конуса е описана около основата на пирамидата.

Може да се опише конус около пирамида, ако всички странични ръбове на пирамидата са равни помежду си.

Връзка на пирамида с цилиндър

Пирамидата се нарича вписана в цилиндър, ако върхът на пирамидата лежи върху една основа на цилиндъра, а основата на пирамидата е вписана в друга основа на цилиндъра.

Цилиндър може да бъде описан около пирамида, ако около основата на пирамидата може да бъде описана окръжност.

Определение. Пресечена пирамида (пирамидална призма)- Това е многостен, който се намира между основата на пирамидата и секционна равнина, успоредна на основата. Така пирамидата има голяма основа и по-малка основа, която е подобна на по-голямата. Страничните лица са трапецовидни.

Определение. Триъгълна пирамида (тетраедър)- това е пирамида, в която три лица и основа са произволни триъгълници.

Тетраедърът има четири лица и четири върха и шест ръба, където всеки два ръба нямат общи върхове, но не се докосват.

Всеки връх се състои от три лица и ръбове, които се образуват тристенен ъгъл.

Сегментът, свързващ върха на тетраедъра с центъра на срещуположното лице, се нарича медиана на тетраедъра(GM).

Бимедиансе нарича сегмент, свързващ средите на противоположни ръбове, които не се допират (KL).

Всички бимедиани и медиани на тетраедър се пресичат в една точка (S). В този случай бимедианите се разделят наполовина, а медианите в съотношение 3:1, като се започне от върха.

Определение. наклонена пирамида е пирамида, в която един от ръбовете образува тъп ъгъл (β) с основата.

Определение. Правоъгълна пирамидае пирамида, в която едно от страничните лица е перпендикулярно на основата.

Определение. Остроъгълна пирамидае пирамида, в която апотемата е повече от половината от дължината на страната на основата.

Определение. тъпа пирамидае пирамида, в която апотемата е по-малка от половината от дължината на страната на основата.

Определение. правилен тетраедър- тетраедър с четирите лица - равностранни триъгълници. Той е един от петимата правилни многоъгълници. В правилен тетраедър всички двустенни ъгли (между лицата) и тристенни ъгли (при връх) са равни.

Определение. Правоъгълен тетраедъртетраедър се нарича, който има прав ъгъл между три ръба на върха (ръбовете са перпендикулярни). Оформят се три лица правоъгълен тристенен ъгъли ръбовете са правоъгълни триъгълници, а основата е произволен триъгълник. Апотемата на всяко лице е равна на половината от страната на основата, върху която пада апотемата.

Определение. Изоедърен тетраедърнаречен тетраедър, чиито странични лица са равни една на друга, а основата е правоъгълен триъгълник. Лицата на такъв тетраедър са равнобедрени триъгълници.

Определение. Ортоцентричен тетраедъртетраедър се нарича, в който всички височини (перпендикуляри), които са спуснати от върха към противоположното лице, се пресичат в една точка.

Определение. звездна пирамидаПолиедър, чиято основа е звезда, се нарича.

Определение. Бипирамида- многостен, състоящ се от две различни пирамиди (пирамидите също могат да бъдат отсечени), имащи обща основа, а върховете лежат на противоположните страни на основната равнина.