Разделы сайта
Выбор редакции:
- Крейсер "красный крым" черноморского флота
- «31 спорный вопрос» русской истории: житие императора Николая II
- Лечебные свойства корня лопуха и его широкое применение в домашних условиях
- Природные ресурсы западной сибири
- Совместимость петуха и змеи в любовных отношениях и браке Он петух она змея совместимость
- Чемерица черная: прекрасная и опасная Противопоказания и побочные действия
- Чем интересна Свято-Михайло-Афонская Закубанская пустынь?
- Порционная сельдь под шубой на праздничный стол
- К чему снится шить во сне
- Примета — разбить зеркало случайно: что делать, если оно треснуло
Реклама
Стереометрия конус формулы. Справочник с основными фактами стереометрии |
Видеокурс «Получи пятерку» включает все темы, необходимые для успешной сдачи ЕГЭ по математике на 60-65 баллов. Полностью все задачи 1-13 Профильного ЕГЭ по математике. Подходит также для сдачи Базового ЕГЭ по математике. Если вы хотите сдать ЕГЭ на 90-100 баллов, вам надо решать часть 1 за 30 минут и без ошибок! Курс подготовки к ЕГЭ для 10-11 класса, а также для преподавателей. Все необходимое, чтобы решить часть 1 ЕГЭ по математике (первые 12 задач) и задачу 13 (тригонометрия). А это более 70 баллов на ЕГЭ, и без них не обойтись ни стобалльнику, ни гуманитарию. Вся необходимая теория. Быстрые способы решения, ловушки и секреты ЕГЭ. Разобраны все актуальные задания части 1 из Банка заданий ФИПИ. Курс полностью соответствует требованиям ЕГЭ-2018. Курс содержит 5 больших тем, по 2,5 часа каждая. Каждая тема дается с нуля, просто и понятно. Сотни заданий ЕГЭ. Текстовые задачи и теория вероятностей. Простые и легко запоминаемые алгоритмы решения задач. Геометрия. Теория, справочный материал, разбор всех типов заданий ЕГЭ. Стереометрия. Хитрые приемы решения, полезные шпаргалки, развитие пространственного воображения. Тригонометрия с нуля - до задачи 13. Понимание вместо зубрежки. Наглядное объяснение сложных понятий. Алгебра. Корни, степени и логарифмы, функция и производная. База для решения сложных задач 2 части ЕГЭ. Видеокурс «Получи пятерку» включает все темы, необходимые для успешной сдачи ЕГЭ по математике на 60-65 баллов. Полностью все задачи 1-13 Профильного ЕГЭ по математике. Подходит также для сдачи Базового ЕГЭ по математике. Если вы хотите сдать ЕГЭ на 90-100 баллов, вам надо решать часть 1 за 30 минут и без ошибок! Курс подготовки к ЕГЭ для 10-11 класса, а также для преподавателей. Все необходимое, чтобы решить часть 1 ЕГЭ по математике (первые 12 задач) и задачу 13 (тригонометрия). А это более 70 баллов на ЕГЭ, и без них не обойтись ни стобалльнику, ни гуманитарию. Вся необходимая теория. Быстрые способы решения, ловушки и секреты ЕГЭ. Разобраны все актуальные задания части 1 из Банка заданий ФИПИ. Курс полностью соответствует требованиям ЕГЭ-2018. Курс содержит 5 больших тем, по 2,5 часа каждая. Каждая тема дается с нуля, просто и понятно. Сотни заданий ЕГЭ. Текстовые задачи и теория вероятностей. Простые и легко запоминаемые алгоритмы решения задач. Геометрия. Теория, справочный материал, разбор всех типов заданий ЕГЭ. Стереометрия. Хитрые приемы решения, полезные шпаргалки, развитие пространственного воображения. Тригонометрия с нуля - до задачи 13. Понимание вместо зубрежки. Наглядное объяснение сложных понятий. Алгебра. Корни, степени и логарифмы, функция и производная. База для решения сложных задач 2 части ЕГЭ. Некоторые определения:
Аксиомы стереометрии:
Следствия из аксиом стереометрии:
Построение сечений в стереометрииДля решения задач по стереометрии остро необходимо умение строить на рисунке сечения многогранников (например, пирамиды, параллелепипеда, куба, призмы) некоторой плоскостью. Дадим несколько определений, поясняющих, что такое сечение:
Для построения сечения пирамиды (призмы, параллелепипеда, куба) можно и нужно построить точки пересечения секущей плоскости с ребрами пирамиды (призмы, параллелепипеда, куба) и соединить каждые две из них, лежащие в одной грани. Заметим, что последовательность построения вершин и сторон сечения не существенна. В основе построения сечений многогранников лежит две задачи на построение:
Для построения прямой, по которой пересекаются некоторые две плоскости α и β (например, секущая плоскость и плоскость грани многогранника), нужно построить две их общие точки, тогда прямая, проходящая через эти точки, есть линия пересечения плоскостей α и β .
Для построения точки пересечения прямой l и плоскости α нужно построить точку пересечения прямой l и прямой l 1 , по которой пересекаются плоскость α и любая плоскость, содержащая прямую l . Взаимное расположение прямых и плоскостей в стереометрииОпределение: В ходе решения задач по стереометрии две прямые в пространстве называются параллельными , если они лежат в одной плоскости и не пересекаются. Если прямые а и b , либо AB и CD параллельны, то пишут: Несколько теорем:
Возможны три случая взаимного расположения прямой и плоскости в стереометрии:
Определение: Прямая и плоскость называются параллельными , если они не имеют общих точек. Если прямая а параллельна плоскости β , то пишут: Теоремы:
Если две различные прямые лежат в одной плоскости, то они либо пересекаются, либо параллельны. Однако, в пространстве (т.е. в стереометрии) возможен и третий случай, когда не существует плоскости, в которой лежат две прямые (при этом они и не пересекаются, и не параллельны). Определение: Две прямые называются скрещивающимися , если не существует плоскости, в которой они обе лежат. Теоремы:
Теперь введем понятие угла между скрещивающимися прямыми. Пусть a и b O в пространстве и проведем через нее прямые a 1 и b 1 , параллельные прямым a и b соответственно. Углом между скрещивающимися прямыми a и b называется угол между построенными пересекающимися прямыми a 1 и b 1 . Однако на практике точку O чаще выбирают так, чтобы она принадлежала одной из прямых. Это обычно не только элементарно удобнее, но и рациональнее и правильнее с точки зрения построения чертежа и решения задачи. Поэтому для угла между скрещивающимися прямыми дадим такое определение: Определение: Пусть a и b – две скрещивающиеся прямые. Возьмем произвольную точку O на одной из них (в нашем случае, на прямой b ) и проведем через неё прямую параллельную другой из них (в нашем случае a 1 параллельна a ). Углом между скрещивающимися прямыми a и b называется угол между построенной прямой и прямой, содержащей точку O (в нашем случае это угол β между прямыми a 1 и b ). Определение: Две прямые называются взаимно перпендикулярными (перпендикулярными), если угол между ними равен 90°. Перпендикулярными могут быть как скрещивающиеся прямые, так и прямые лежащие и пересекающиеся в одной плоскости. Если прямая a перпендикулярна прямой b , то пишут: Определение: Две плоскости называются параллельными , если они не пересекаются, т.е. не имеют общих точек. Если две плоскости α и β параллельны, то, как обычно, пишут: Теоремы:
Определение: Прямая, пересекающая плоскость, называется перпендикулярной плоскости, если она перпендикулярна каждой прямой, лежащей в этой плоскости. Если прямая a перпендикулярна плоскости β , то пишут, как обычно: Теоремы:
Следствие: Все четыре диагонали прямоугольного параллелепипеда равны между собой. Теорема о трех перпендикулярахПусть точка А не лежит на плоскости α . Проведем через точку А прямую, перпендикулярную плоскости α , и обозначим буквой О точку пересечения этой прямой с плоскостью α . Перпендикуляром, проведенным из точки А к плоскости α , называется отрезок АО , точка О называется основанием перпендикуляра. Если АО – перпендикуляр к плоскости α , а М – произвольная точка этой плоскости, отличная от точки О , то отрезок АМ называется наклонной, проведенной из точки А к плоскости α , а точка М – основанием наклонной. Отрезок ОМ – ортогональная проекция (или, короче, проекция) наклонной АМ на плоскость α . Теперь приведем теорему, которая играет важную роль при решении многих задач. Теорема 1 (о трех перпендикулярах): Прямая, проведенная в плоскости и перпендикулярная проекции наклонной на эту плоскость, перпендикулярна и самой наклонной. Верно и обратное утверждение: Теорема 2 (о трех перпендикулярах): Прямая, проведенная в плоскости и перпендикулярная наклонной, перпендикулярна и ее проекции на эту плоскость. Данные теоремы, для обозначений с чертежа выше можно кратко сформулировать так: Теорема: Если из одной точки, взятой вне плоскости, проведены к этой плоскости перпендикуляр и две наклонные, то:
Определения расстояний объектами в пространстве:
Определение: В стереометрии ортогональной проекцией прямой a на плоскость α называется проекция этой прямой на плоскость α в случае, если прямая, определяющая направление проектирования, перпендикулярна плоскости α . Замечание: Как видно из предыдущего определения, проекций бывает много. Другие (кроме ортогональной) проекции прямой на плоскость можно построить если прямая определяющая направление проецирования будет не перпендикулярна плоскости. Однако, именно ортогональную проекцию прямой на плоскость в будущем мы будем встречать в задачах. А называть ортогональную проекцию будем просто проекцией (как на чертеже). Определение: Углом между прямой, не перпендикулярной плоскости, и этой плоскостью называется угол между прямой и ее ортогональной проекцией на данную плоскость (угол АОА ’ на чертеже выше). Теорема: Угол между прямой и плоскостью является наименьшим из всех углов, которые данная прямая образует с прямыми, лежащими в данной плоскости и проходящими через точку пересечения прямой и плоскости. Определения:
Таким образом, линейный угол двугранного угла – это угол, образованный пересечением двугранного угла плоскостью, перпендикулярной его ребру. Все линейные углы двугранного угла равны между собой. Градусной мерой двугранного угла называется градусная мера его линейного угла. Двугранный угол называется прямым (острым, тупым), если его градусная мера равна 90° (меньше 90°, больше 90°). В дальнейшем, при решении задач по стереометрии, под двугранным углом будем понимать всегда тот линейный угол, градусная мера которого удовлетворяет условию: Определения:
Теоремы:
Симметрия фигурОпределения:
ПризмаОпределения:
Свойства и формулы для призмы:
где: S осн – площадь основания (на чертеже это, например, ABCDE ), h – высота (на чертеже это MN ).
где: S сеч – площадь перпендикулярного сечения, l – длина бокового ребра (на чертеже ниже это, например, AA 1 или BB 1 и так далее).
где: P сеч – периметр перпендикулярного сечения, l – длина бокового ребра. Виды призм в стереометрии:
где: P осн – периметр основания прямой призмы, l – длина бокового ребра, равная в прямой призме высоте (h ). Объем прямой призмы находится по общей формуле: V = S осн ∙h = S осн ∙l .
Свойства правильной призмы:
Определение: Параллелепипед – это призма, основания которой параллелограммы. В этом определении ключевым словом является «призма». Таким образом, параллелепипед – это частный случай призмы, которая отличается от общего случая только тем, что в основании у нее не произвольный многоугольник, а именно параллелограмм. Поэтому все приведенные выше свойства, формулы и определения касающиеся призмы остаются актуальными и для параллелепипеда. Однако, можно выделить несколько дополнительных свойств характерных для параллелепипеда. Другие свойства и определения:
d 2 = a 2 + b 2 + c 2 .
ПирамидаОпределения:
Еще один стереометрический чертеж с обозначениями для лучшего запоминания (на рисунке правильная треугольная пирамида): Если все боковые ребра (SA , SB , SC , SD на чертеже ниже) пирамиды равны, то:
Важно: Также верно и обратное, то есть если боковые ребра образуют с плоскостью основания равные углы или если около основания пирамиды можно описать окружность, причём вершина пирамиды проецируется в её центр, то все боковые ребра пирамиды равны. Если боковые грани наклонены к плоскости основания под одним углом (углы DMN , DKN , DLN на чертеже ниже равны), то:
где: P – периметр основания, a – длина апофемы. Важно: Также верно и обратное, то есть если в основание пирамиды можно вписать окружность, причем вершина пирамиды проецируется в её центр, то все боковые грани наклонены к плоскости основания под одним углом и высоты боковых граней (апофемы) равны. Правильная пирамидаОпределение: Пирамида называется правильной , если её основанием является правильный многоугольник, а вершина проецируется в центр основания. Тогда она обладает такими свойствами:
Важное замечание: Как видим правильные пирамиды являются одними из тех пирамид к которым относятся свойства, изложенные чуть выше. Действительно, если основание правильной пирамиды – это правильный многоугольник, то центр его вписанной и описанной окружностей совпадают, а вершина правильной пирамиды проецируется именно в этот центр (по определению). Однако важно понимать, что не только правильные пирамиды могут обладать свойствами, о которых говорилось выше.
Формулы для объема и площади пирамидыТеорема (об объеме пирамид, имеющих равные высоты и равные площади оснований). Две пирамиды, имеющие равные высоты и равные площади оснований, имеют равные объемы (Вы конечно, наверняка уже знаете формулу для объема пирамиды, ну или видите ее несколькими строчками ниже, и Вам кажется это утверждение очевидным, но на самом деле, если судить «на глаз», то данная теорема не так уж и очевидна (см. рисунок ниже). Это относится кстати и к другим многогранникам и геометрическим фигурам: их внешний вид обманчив, поэтому, действительно – в математике нужно доверять только формулам и правильным расчетам).
где: S осн – площадь основания пирамиды, h – высота пирамиды.
где: S бок – площадь боковой поверхности, S 1 , S 2 , S 3 – площади боковых граней.
Определения:
На чертеже изображен правильный тетраэдр, при этом треугольники ABC , ADC , CBD , BAD – равны. Из общих формул для объема и площадей пирамиды, а также знаний из планиметрии не сложно получить формулы для объема и площадей правильного тетраэдра (а – длина ребра): Определение: При решении задач по стереометрии, пирамида называется прямоугольной , если одно из боковых рёбер пирамиды перпендикулярно основанию. В таком случае, это ребро и является высотой пирамиды. Ниже примеры треугольной и пятиугольной прямоугольных пирамид. На рисунке слева SA – ребро, являющееся одновременно высотой. Усечённая пирамидаОпределения и свойства:
Формулы для усеченной пирамидыОбъём усечённой пирамиды равен: где: S 1 и S 2 – площади оснований, h – высота усечённой пирамиды. Однако на практике, удобнее искать объем усеченной пирамиды так: можно достроить усечённую пирамиду до пирамиды, продлив до пересечения боковые рёбра. Тогда объём усечённой пирамиды можно найти, как разность объёмов всей пирамиды и достроенной части. Площадь боковой поверхности также можно искать как разность между площадями боковой поверхности всей пирамиды и достроенной части. Площадь боковой поверхности правильной усечённой пирамиды равна полупроизведению суммы периметров её оснований и апофемы: где: P 1 и P 2 – периметры оснований правильной усеченной пирамиды, а – длина апофемы. Площадь полной поверхности любой усеченной пирамиды, очевидно, находится как сумма площадей оснований и боковой поверхности: Пирамида и шар (сфера)Теорема: Около пирамиды можно описать сферу тогда, когда в основании пирамиды лежит вписанный многоугольник (т.е. многоугольник около которого можно описать сферу). Данное условие является необходимым и достаточным. Центром сферы будет точка пересечения плоскостей, проходящих через середины рёбер пирамиды перпендикулярно им. Замечание: Из этой теоремы следует, что как около любой треугольной, так и около любой правильной пирамиды можно описать сферу. Однако, список пирамид около которых можно описать сферу не исчерпывается этими типами пирамид. На чертеже справа, на высоте SH надо выбрать точку О , равноудалённую от всех вершин пирамиды: SO = OВ = OС = OD = OA . Тогда точка О – центр описанного шара. Теорема: В пирамиду можно вписать сферу тогда, когда биссекторные плоскости внутренних двугранных углов пирамиды пересекаются в одной точке (необходимое и достаточное условие). Эта точка будет центром сферы. Замечание: Вы, очевидно, не поняли того, что прочитали строчкой выше. Однако, главное запомнить, что любая правильная пирамида является такой, в которую можно вписать сферу . При этом список пирамид, в которые можно вписать сферу не исчерпывается правильными. Определение: Биссекторная плоскость делит двугранный угол пополам, а каждая точка биссекторной плоскости равноудалена от граней, образующих двугранный угол. На рисунке справа плоскость γ является биссекторной плоскостью двугранного угла, образованного плоскостями α и β . На стереометрическом чертеже ниже изображен шар вписанный в пирамиду (или пирамида описанная около шара), при этом точка О – центр вписанного шара. Данная точка О равноудалена от всех граней шара, например: ОМ = ОО 1 Пирамида и конусВ стереометрии конус называется вписанным в пирамиду , если вершины их совпадают, а его основание вписано в основание пирамиды. Причём вписать конус в пирамиду можно только тогда, когда апофемы пирамиды равны между собой (необходимое и достаточное условие). Конус называется описанным около пирамиды , когда их вершины совпадают, а его основание описано около основания пирамиды. Причём описать конус около пирамиды можно только тогда, когда все боковые ребра пирамиды равны между собой (необходимое и достаточное условие). Важное свойство: Пирамида и цилиндрЦилиндр называется вписанным в пирамиду , если одно его основание совпадает с окружностью вписанной в сечение пирамиды плоскостью, параллельной основанию, а другое основание принадлежит основанию пирамиды. Цилиндр называется описанным около пирамиды , если вершина пирамиды принадлежит его одному основанию, а другое его основание описано около основания пирамиды. Причём описать цилиндр около пирамиды можно только тогда, когда в основании пирамиды – вписанный многоугольник (необходимое и достаточное условие). Сфера и шарОпределения:
Теоремы:
Наибольший круг, из числа тех, которые можно получить в сечении данного шара плоскостью, лежит в сечении, проходящем через центр шара О . Он то и называется большим кругом. Его радиус равен радиусу шара. Любые два больших круга пересекаются по диаметру шара AB . Этот диаметр является и диаметром пересекающихся больших кругов. Через две точки сферической поверхности, расположенные на концах одного диаметра (на рис. A и B ), можно провести бесчисленное множество больших кругов. Например, через полюса Земли можно провести бесконечное число меридианов. Определения:
Теоремы:
Многогранники и сфераОпределение: В стереометрии многогранник (например, пирамида или призма) называется вписанным в сферу , если все его вершины лежат на сфере. При этом сфера называется описанной около многогранника (пирамиды, призмы). Аналогично: многогранник называется вписанным в шар , если все его вершины лежат на границе этого шара. При этом шар называется описанным около многогранника. Важное свойство: Центр сферы, описанной около многогранника, находится на расстоянии, равном радиусу R сферы, от каждой вершины многогранника. Приведем примеры вписанных в сферу многогранников: Определение: Многогранник называется описанным около сферы (шара) , если сфера (шар) касается всех граней многогранника. При этом сфера и шар называются вписанными в многогранник. Важно: Центр сферы, вписанной в многогранник, находится на расстоянии, равном радиусу r сферы, от каждой из плоскостей, содержащих грани многогранника. Приведем примеры описанных около сферы многогранников: Объем и площадь поверхности шараТеоремы:
где: R – радиус сферы.
Шаровой сегмент, слой, секторВ стереометрии шаровым сегментом называется часть шара, отсекаемая секущей плоскостью. При этом соотношение между высотой, радиусом основания сегмента и радиусом шара: где: h − высота сегмента, r − радиус основания сегмента, R − радиус шара. Площадь основания шарового сегмента: Площадь внешней поверхности шарового сегмента: Площадь полной поверхности шарового сегмента: Объем шарового сегмента: В стереометрии шаровым слоем называется часть шара, заключенная между двумя параллельными плоскостями. Площадь внешней поверхности шарового слоя: где: h − высота шарового слоя, R − радиус шара. Площадь полной поверхности шарового слоя: где: h − высота шарового слоя, R − радиус шара, r 1 , r 2 − радиусы оснований шарового слоя, S 1 , S 2 − площади этих оснований. Объем шарового слоя проще всего искать как разность объемов двух шаровых сегментов. В стереометрии шаровым сектором называется часть шара, состоящая из шарового сегмента и конуса с вершиной в центре шара и основанием, совпадающим с основанием шарового сегмента. Здесь подразумевается, что шаровой сегмент меньше чем пол шара. Площадь полной поверхности шарового сектора: где: h − высота соответствующего шарового сегмента, r − радиус основания шарового сегмента (или конуса), R − радиус шара. Объем шарового сектора вычисляется по формуле: Определения:
Цилиндр и призмаПризма называется вписанной в цилиндр , если ее основания вписаны в основания цилиндра. В этом случае цилиндр называется описанным около призмы. Высота призмы и высота цилиндра в этом случае будут равны. Все боковые ребра призмы будут принадлежать боковой поверхности цилиндра и совпадать с его образующими. Так как под цилиндром мы понимаем только прямой цилиндр, то вписать в такой цилиндр можно также только прямую призму. Примеры: Призма называется описанной около цилиндра , если ее основания описаны около оснований цилиндра. В этом случае цилиндр называется вписанным в призму. Высота призмы и высота цилиндра в этом случае также будут равны. Все боковые ребра призмы будут параллельны образующим цилиндра. Так как под цилиндром мы понимаем только прямой цилиндр, то вписать такой цилиндр можно только в прямую призму. Примеры: Цилиндр и сфераСфера (шар) называется вписанной в цилиндр , если она касается оснований цилиндра и каждой его образующей. При этом цилиндр называется описанным около сферы (шара). Сферу можно вписать в цилиндр, только если это равносторонний цилиндр, т.е. диаметр его основания и высота равны между собой. Центром вписанной сферы будет служить середина оси цилиндра, а радиус этой сферы будет совпадать с радиусом цилиндра. Пример: Цилиндр называется вписанным в сферу , если окружности оснований цилиндра являются сечениями сферы. Цилиндр называется вписанным в шар, если основания цилиндра являются сечениями шара. При этом шар (сфера) называется описанным около цилиндра. Вокруг любого цилиндра можно описать сферу. Центром описанной сферы также будет служить середина оси цилиндра. Пример: На основе теоремы Пифагора легко доказать следующую формулу, связывающую радиус описанной сферы (R ), высоту цилиндра (h ) и радиус цилиндра (r ): Объем и площадь боковой и полной поверхностей цилиндраТеорема 1 (о площади боковой поверхности цилиндра): Площадь боковой поверхности цилиндра равна произведению длины окружности его основания на высоту: где: R – радиус основания цилиндра, h – его высота. Эта формула легко выводится (или доказывается) на основе формулы для площади боковой поверхности прямой призмы. Площадью полной поверхности цилиндра , как обычно в стереометрии, называется сумма площадей боковой поверхности и двух оснований. Площадь каждого основания цилиндра (т.е. просто площадь круга) вычисляется по формуле: Следовательно, площадь полной поверхности цилиндра S полн. цилиндра вычисляется по формуле: Теорема 2 (об объеме цилиндра): Объем цилиндра равен произведению площади основания на высоту: где: R и h – радиус и высота цилиндра соответственно. Эта формула также легко выводится (доказывается) на основе формулы для объема призмы. Теорема 3 (Архимеда): Объём шара в полтора раза меньше объёма, описанного вокруг него цилиндра, а площадь поверхности такого шара в полтора раза меньше площади полной поверхности того же цилиндра: КонусОпределения:
Объем и площадь боковой и полной поверхностей конусаТеорема 1 (о площади боковой поверхности конуса). Площадь боковой поверхности конуса равна произведению половины длины окружности основания на образующую: где: R – радиус основания конуса, l – длина образующей конуса. Эта формула легко выводится (или доказывается) на основе формулы для площади боковой поверхности правильной пирамиды. Площадью полной поверхности конуса называется сумма площади боковой поверхности и площади основания. Площадь основания конуса (т.е. просто площадь круга) равна: S осн = πR 2 . Следовательно, площадь полной поверхности конуса S полн. конуса вычисляется по формуле: Теорема 2 (об объеме конуса). Объем конуса равен одной трети произведения площади основания на высоту: где: R – радиус основания конуса, h – его высота. Эта формула также легко выводится (доказывается) на основе формулы для объема пирамиды. Определения:
Формулы для усеченного конуса:Объем усеченного конуса равен разности объемов полного конуса и конуса, отсекаемого плоскостью, параллельной основанию конуса. Объём усечённого конуса вычисляется по формуле: где: S 1 = π r 1 2 и S 2 = π r 2 2 – площади оснований, h – высота усечённого конуса, r 1 и r 2 – радиусы верхнего и нижнего оснований усеченного конуса. Однако на практике, всё же удобнее искать объем усеченного конуса как разность объёмов исходного конуса и отсеченной части. Площадь боковой поверхности усеченного конуса также можно искать как разность между площадями боковой поверхности исходного конуса и отсеченной части. Действительно, площадь боковой поверхности усеченного конуса равна разности площадей боковых поверхностей полного конуса и конуса, отсекаемого плоскостью, параллельной основанию конуса. Площадь боковой поверхности усеченного конуса вычисляется по формуле: где: P 1 = 2π r 1 и P 2 = 2π r 2 – периметры оснований усеченного конуса, l – длина образующей. Площадь полной поверхности усеченного конуса , очевидно, находится как сумма площадей оснований и боковой поверхности: Обратите внимание, что формулы для объема и площади боковой поверхности усеченного конуса получены на основе формул для аналогичных характеристик правильной усеченной пирамиды. Конус и сфераКонус называется вписанным в сферу (шар), если его вершина принадлежит сфере (границе шара), а окружность основания (само основание) является сечением сферы (шара). При этом сфера (шар) называется описанной около конуса. Вокруг прямого кругового конуса всегда можно описать сферу. Центр описанной сферы будет лежать на прямой содержащей высоту конуса, а радиус этой сферы будет равен радиусу окружности, описанной около осевого сечения конуса (это сечение является равнобедренным треугольником). Примеры: Сфера (шар) называется вписанной в конус , если сфера (шар) касается основания конуса и каждой его образующей. При этом конус называется описанным около сферы (шара). В прямой круговой конус всегда можно вписать сферу. Её центр будет лежать на высоте конуса, а радиус вписанной сферы будет равен радиусу окружности, вписанной в осевое сечение конуса (это сечение является равнобедренным треугольником). Примеры: Конус и пирамида
Примечание: Подробнее о том, как в стереометрии конус вписывается в пирамиду или описывается около пирамиды уже говорилось в Как успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике?Для того чтобы успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике, среди прочего, необходимо выполнить три важнейших условия:
Успешное, старательное и ответственное выполнение этих трех пунктов позволит Вам показать на ЦТ отличный результат, максимальный из того на что Вы способны. Нашли ошибку?Если Вы, как Вам кажется, нашли ошибку в учебных материалах, то напишите, пожалуйста, о ней на почту. Написать об ошибке можно также в социальной сети (). В письме укажите предмет (физика или математика), название либо номер темы или теста, номер задачи, или место в тексте (страницу) где по Вашему мнению есть ошибка. Также опишите в чем заключается предположительная ошибка. Ваше письмо не останется незамеченным, ошибка либо будет исправлена, либо Вам разъяснят почему это не ошибка. Это целых три задачи. Для начала надо выучить формулы. Все они есть в наших таблицах :
Часто в задачах ЕГЭ, посвященных стереометрии, требуется посчитать объем тела или площадь его поверхности. Или как-то использовать эти данные. Поэтому заглянем в толковый словарь русского языка и уточним понятия. Объем - величина чего-нибудь в длину, ширину и высоту, измеряемая в кубических единицах.
Площадь - величина чего-нибудь в длину и ширину, измеряемая в квадратных единицах.
Чтобы найти площадь поверхности многогранника, сложите площади всех его граней. Вам могут также встретиться понятия «прямая призма, правильная призма, правильная пирамида». Прямой
называется призма, боковые ребра которой перпендикулярны основанию. Перейдем к практике. Одна из распространенных задач в части 1 - такая, где надо посчитать объем или площадь поверхности многогранника, из которого какая-нибудь часть вырезана . Например, такого: Что тут нарисовано? Очевидно, это большой параллелепипед, из которого вырезан «кирпичик», так что получилась «полочка». Если вы увидели на рисунке что-то другое - обратите внимание на сплошные и штриховые линии. Сплошные линии - видимы. Штриховыми линиями показываются те ребра, которые мы не видим, потому что они находятся сзади. Объем найти просто. Из объема большого «кирпича» вычитаем объем маленького. Получаем: А как быть с площадью поверхности? Почему-то многие школьники пытаются посчитать ее по аналогии с объемом, как разность площадей большого и малого «кирпичей». В ответ на такое «решение» я обычно предлагаю детскую задачу - если у четырехугольного стола отпилить один угол, сколько углов у него останется? :-) На самом деле нам нужно посчитать сумму площадей всех граней - верхней, нижней, передней, задней, правой, левой, а также сумму площадей трех маленьких прямоугольников, которые образуют «полочку». Можно сделать это «в лоб», напрямую. Но есть и способ попроще. Прежде всего, если бы из большого параллелепипеда ничего не вырезали, его площадь поверхности была бы равна . А как повлияет на него вырезанная «полочка»?
Ответ: . Следующую задачу, попроще, вы теперь решите без труда. Здесь тоже надо найти площадь поверхности многогранника : . Из площади поверхности «целого кирпича» вычитаем площади двух квадратиков со стороной - на верхней и нижней гранях. А здесь нарисована прямоугольная плитка с «окошком». Задание то же самое - надо найти площадь поверхности . Сначала посчитайте сумму площадей всех граней. Представьте, что вы дизайнер, а эта штучка - украшение. И вам надо оклеить эту штуку чем-то ценным, например, бриллиантами Сваровски. И вы их покупаете на свои деньги. (Я не знаю почему, но эта фраза мгновенно повышает вероятность правильного ответа!) Оклеивайте все грани плитки. Но только из площадей передней и задней граней вычтите площадь «окошка». А затем - само «окошко». Оклеивайте всю его «раму». Следующий тип задач - когда одно объемное тело вписано в другое.
Прежде всего, заметим, что высота цилиндра равна высоте параллелепипеда. Нарисуйте вид сверху, то есть круг, вписанный в прямоугольник. Тут сразу и увидите, что этот прямоугольник - на самом деле квадрат, а сторона его в два раза больше, чем радиус вписанной в него окружности. Итак, площадь основания параллелепипеда равна , высота равна , объем равен . . В основании прямой призмы лежит прямоугольный треугольник с катетами и . Боковые ребра равны . Найдите объем цилиндра, описанного около этой призмы. В ответ запишите . Очевидно, высота цилиндра равна боковому ребру призмы, то есть . Осталось найти радиус его основания.
Эта задача тоже проста. Нарисуйте вид сверху. Или сбоку. Или спереди. В любом случае вы увидите одно и то же - круг, вписанный в прямоугольник. Очевидно, этот прямоугольник будет квадратом. Можно даже ничего не рисовать, а просто представить себе шарик, который положили в коробочку так, что он касается всех стенок, дна и крышки. Ясно, что такая коробочка будет кубической формы. Длина, ширина и высота этого куба в два раза больше, чем радиус шара. Ответ: . Следующий тип задач - такие, в которых увеличили или уменьшили какой-либо линейный размер (или размеры) объемного тела. А узнать нужно, как изменится объем или площадь поверхности. . В сосуд, имеющий форму правильной треугольной призмы, налили воду. Уровень воды достигает см. На какой высоте будет находиться уровень воды, если ее перелить в другой такой же сосуд, у которого сторона основания в раза больше, чем у первого? Ответ выразите в сантиметрах. Слова «другой такой же сосуд» означают, что другой сосуд тоже имеет форму правильной треугольной призмы. То есть в его основании - правильный треугольник, у которого все стороны в два раза больше, чем у первого. Мы уже говорили о том, что площадь этого треугольника будет больше в раза. Объем воды остался неизменным. Следовательно, в раза уменьшится высота. . Одна цилиндрическая кружка вдвое выше второй, зато вторая в два раза шире. Найдите отношение объема второй кружки к объему первой. Давайте вспомним, как мы решали стандартные задачи , на движение и работу. Мы рисовали таблицу, верно? И здесь тоже нарисуем таблицу. Мы помним, что объем цилиндра равен .
Считаем объем второй кружки. Он равен . Получается, что он в два раза больше, чем объем первой. Задание 1 #3868 Уровень задания: Равен ЕГЭ Основанием прямой треугольной призмы \(ABCA_1B_1C_1\) является прямоугольный треугольник \(ABC\) , причем \(\angle C=90^\circ\) . Диагонали боковых граней \(AA_1B_1B\) и \(BB_1C_1C\) равны соответственно \(26\) и \(10\) , \(AB=25\) . а) Докажите, что \(\triangle BA_1C_1\) – прямоугольный. б) Найдите объем пирамиды \(AA_1C_1B\) . а) Так как \(BB_1\perp (A_1B_1C_1)\) , \(B_1C_1\perp A_1C_1\) , то по теореме о трех перпендикулярах \(BC_1\perp A_1C_1\) (как наклонная). Следовательно, \(\triangle A_1C_1B\) – прямоугольный. б) Заметим, что \(BC\perp AC\)
и \(BC\perp CC_1\)
, следовательно, по признаку \(BC\perp (AA_1C_1)\)
. Следовательно, \(BC\)
– высота пирамиды \(BAA_1C_1\)
с основанием \(AA_1C_1\)
. Ответ: б) \(28\sqrt{51}\) Задание 2 #1268 Уровень задания: Равен ЕГЭ \(ABCA_1B_1C_1\) - прямая треугольная призма, \(AB=16, \ BC=15, \ AA_1=8\) . \(M, N\) – середины ребер \(AC\) и \(B_1C_1\) соответственно. \(K,P\) – такие точки на ребрах \(BC\) и \(B_1C_1\) соответственно, что \(CK=B_1P=\dfrac{1}{6}BC\) . а) Построить сечение призмы плоскостью \(\alpha\) , параллельной прямой \(MN\) и проходящей через точки \(K\) и \(P\) . б) Найти площадь сечения призмы плоскостью \(\alpha\) . а) Если прямая \(MN\parallel \alpha \Rightarrow MN\) параллельна некоторой прямой, лежащей в \(\alpha\) . Проведем \(NS\perp BC, NS\cap KP=O\) . В плоскости \(MNS\) проведем \(OH\parallel MN \Rightarrow MH=HS\) . Тогда прямая \(KH\cap AB=T\) . Так как плоскости \(ABC\) и \(A_1B_1C_1\) параллельны, то \(\alpha\) пересечет плоскость \(A_1B_1C_1\) по прямой, параллельной \(KT\) . Следовательно, проведем \(PR\parallel KT\) . Таким образом, \(TRPK\) – искомое сечение (трапеция). б) Заметим, что \(CK=\dfrac{1}{6} \cdot 15=\dfrac{5}{2} \Rightarrow KS=5\) . Т.к. \(MS\) – средняя линия треугольника \(ABC \Rightarrow MS=8 \Rightarrow HS=4\) . Таким образом, по обратной теореме Пифагора треугольник \(HKS\) – прямоугольный, следовательно, \(\angle H =90^\circ\) и \(HK=3\) . Таким образом, по теореме о трех перпендикулярах, из того, что \(NS\perp (ABC), HS\perp KT \Rightarrow OH\perp KT\) . Проведем \(PH_1 \perp KT\) . Из подобия треугольников \(HOK\) и \(H_1PK\) следует, что \(PH_1=2OH\) . Т.к. \(OS=\dfrac{1}{2}NS=4, HS=4 \Rightarrow OH=4\sqrt2\) . Таким образом найдена высота трапеции \(PH_1=8\sqrt2\) . Найдем основания трапеции \(KT\) и \(PR\) . \(\sin \angle KSH = \dfrac{3}{5}=\sin \angle B=\dfrac{KT}{KB} \Rightarrow KT=\dfrac{15}{2}\) . \(\bigtriangleup PRB_1 \sim \bigtriangleup KTB \Rightarrow PR=\dfrac{3}{2}\) . Таким образом, \(S_{TRPK} = \dfrac{1}{2}\cdot (\dfrac{15}{2}+\dfrac{3}{2})\cdot 8\sqrt2 = 36\sqrt2\) Ответ: б) \(36\sqrt2\) Задание 3 #2300 Уровень задания: Равен ЕГЭ В треугольной пирамиде \(DABC\) двугранные углы при ребрах \(AD\) и \(BC\) равны. Известно также, что \(AB=BD=DC=AC=\sqrt{15}\) . а) Докажите, что \(AD=BC\) . б) Найдите объем пирамиды, если двугранные углы при \(AD\) и \(BC\) равны по \(60^\circ\) . а) Рассмотрим пирамиду \(DABC\) , \(AB=BD=DC=CA\) , \(\angle (BAD,CAD)=\angle (BAC,BDC)\) . Т.к. \(\triangle ABD\) и \(\triangle ACD\) – равнобедренные, причем \(AD\) – общее основание, то высоты к основаниями попадут в одну точку – в середину стороны \(AD\) , точку \(N\) . То есть \(BN\perp AD\) , \(CN\perp AD\) . Таким образом, \(\angle BNC\) – линейный угол двугранного угла \(\angle(BAD,CAD)\) . Аналогичным образом строится угол \(\angle AMD\) – линейный угол двугранного угла \(\angle (BAC,BDC)\) , где \(M\) – середина \(BC\) . Таким образом, \(\angle BNC=\angle AMD\) . Т.к. \(\triangle ABD=\triangle ACD\) по трем сторонам, то \(BN=CN\) . Аналогично \(AM=DM\) . Значит, \(\triangle AMD\) и \(\triangle BNC\) – равнобедренные и подобные (по двум пропорциональным сторонам и углу между ними). Заметим, что плоскости \((AMD)\) и \((BNC)\) имеют две общие точки – это точки \(N\) и \(M\) . Следовательно, они пересекаются по прямой \(MN\) . Отрезок \(NM\) – это высота в \(\triangle AMD\) и \(\triangle BNC\) к основаниям \(AD\) и \(BC\) соответственно. Следовательно, эти треугольники равны. Следовательно, \(AD=BC\) , чтд. б) Из пункта а) также следует, что \(AM=DM=BN=CN\)
. Т.к. двугранные углы равны \(60^\circ\)
, то \(\triangle AMD\)
и \(\triangle BNC\)
– равносторонние. Проведем высоту пирамиды \(DH\) . Т.к. \(DM\perp BC\) , то по теореме о трех перпендикулярах \(HM\perp BC\) . Таким образом, точка \(H\) должна лежать на \(AM\) , причем на середине, т.к. \(\triangle AMD\) – равносторонний. \(DH=\frac{\sqrt3}2\cdot AD=\frac{\sqrt3}2x\) . Найдем по теореме Пифагора \(x\) из \(\triangle ABM\) : \(AM=x\) , \(BM=\frac x2\) , \(AB=\sqrt{15}\) , следовательно, \(x=2\sqrt3\) . Таким образом, \ Ответ: б) \(6\) Задание 4 #1265 Уровень задания: Равен ЕГЭ Дан правильный тетраэдр \(SABC\) , \(H\) – такая точка на высоте \(SO\) , что \(OH:HS=1:3\) . Плоскость \(\alpha\) проходит через точки \(A\) и \(H\) параллельно медиане \(BM\) треугольника \(ABC\) и пересекает ребро \(CS\) в точке \(P\) . а) Докажите, что \(CP:PS=2:3\) . б) Найдите угол между плоскостями \(\alpha\) и \(ABC\) . а) Правильный тетраэдр - это правильная треугольная пирамида, у которой все ребра равны. Пусть ребро пирамиды равно \(a\)
. Проведем \(RT\parallel BM, H\in RT\) . Тогда по теореме Фалеса \(\dfrac{SH}{HO}=\dfrac{ST}{TM}=\dfrac{3}{1}\) . Прямая \(AT\)
пересечет \(CS\)
в точке \(P\)
. \(\bigtriangleup APR\)
– сечение пирамиды плоскостью \(\alpha\)
. б) Докажем, что линия пересечения плоскостей \(\alpha\) и \(ABC\) параллельна прямой \(BM\) . Пусть это не так: пусть \(l\) – линия пересечения \(\alpha\) и \(ABC\) и \(l\cap BM=Z\) . Тога прямая \(BM\cap \alpha=Z\) , следовательно, не может быть параллельна \(\alpha\) . Получили противоречие, следовательно, \(l\parallel BM\) . Заметим, что прямая \(l\) проходит через точку \(A\) . Построим линейный угол двугранного угла между \(\alpha\) и \(ABC\) . Т.к. \(HO\perp ABC\) , проведем \(OK\perp l\) , следовательно, по теореме о трех перпендикулярах \(HK\perp l\) . Таким образом, \(\angle HKO\) – искомый угол. 1) Найдем \(HO\)
. Тогда \(SO=\sqrt{a^2 -\dfrac{a^2}{3}}=\sqrt{\dfrac{2}{3}}a \Rightarrow HO=\dfrac{1}{4}SO=\dfrac{\sqrt2a}{4\sqrt3}\) 2) Найдем \(OK\)
. Ответ: б) \(\mathrm{arcctg}\,\sqrt6\) Задание 5 #3059 Уровень задания: Равен ЕГЭ Дана правильная четырехугольная призма \(ABCDA_1B_1C_1D_1\) , стороны основания которой равна \(4\) , а боковые ребра равны \(5\) . а) Постройте сечение призмы плоскостью \(DMN\) , где \(M\) и \(N\) – середины отрезков \(A_1B_1\) и \(B_1C_1\) . б) Найдите угол между данным сечением и плоскостью \(ABC\) . (Задача от подписчиков) а) Из условия следует, что призма прямая и основаниями являются квадраты. Пусть плоскость \(B_1D_1DB\)
пересекает \(MN\)
в точке \(T\)
. Тогда \(DT\in
(DMN)\)
. Если \(O\)
и \(O_1\)
– точки пересечения диагоналей оснований, то прямые \(DT\)
и \(OO_1\)
лежат в плоскости \(B_1D_1DB\)
. Пусть точка их пересечения – точка \(K\)
. Тогда \(K\)
– искомая точка пересечения плоскости \(DMN\)
и плоскости \(A_1C_1CA\)
. б) Заметим, что \(KO\perp (ABC)\)
, следовательно, так как \(OD\perp
AC\)
, то и \(KD\perp AC\)
по теореме о трех перпендикулярах. Значит, \(\angle KDO\)
равен углу между плоскостями \(DMN\)
и \(ABC\)
. Ответ: б) \(\mathrm{arctg}\,\dfrac56\sqrt2\)
Задание 6 #3064 Уровень задания: Равен ЕГЭ В правильной треугольной пирамиде \(SABC\) с основанием \(ABC\) на медиане основания \(CE\) взята точка \(K\) так, что \(CK:KE=8:1\) . Через точку \(K\) проведена плоскость \(\alpha\) , которая перпендикулярна прямой \(CE\) и пересекает боковые ребра \(SA\) и \(SB\) в точках \(M\) и \(N\) соответственно. а) Докажите, что \(MN:AB=2:3\) . б) Найдите объем пирамиды, вершиной которой является точка \(C\) , а основанием – сечение пирамиды \(SABC\) плоскостью \(\alpha\) , если известно, что \(AB=9\sqrt3\) , \(SA=18\) . (Задача от подписчиков) а) Пусть \(SO\)
– высота пирамиды, \(O\)
– точка пересечения медиан. Следовательно, \[\dfrac{CO}{OE}=\dfrac21\]
Так как по условию \(CK:KE=8:1\)
, то можно обозначить \(CK=8x\)
, \(KE=x\)
. Тогда \(CE=9x\)
. Следовательно, \(CO=\frac23CE=6x\)
, \(OE=3x\)
, \(OK=2x\)
. Заметим, что \(\alpha\)
пересечет плоскость \(ASB\)
по прямой, параллельной \(AB\)
(в противном случае \(\alpha\)
будет иметь общую точку с \(AB\)
, что невозможно, так как \(AB\parallel PL
\quad\Rightarrow\quad AB\parallel \alpha\)
). б) Рассмотрим пирамиду \(CPMNL\)
. \(CK\)
– высота этой пирамиды, \(PMNL\)
– трапеция (\(MN\parallel AB\parallel PL\)
). б) Найдите площадь построенного сечения. (Задача от подписчиков) а) Пусть \(N\)
– середина ребра \(SC\)
, \(SH\)
– высота пирамиды (падает в точку пересечения диагоналей основания). б) Заметим, что по теореме о трех перпендикулярах (так как \(OH\perp (ABC), AH\perp BD\) ) \(AO\perp BD\) . Так как \(BD\parallel MK\) , то \(AO\perp MK\) , следовательно, \(AN\perp MK\) . Следовательно, у четырехугольника \(AMNK\) диагонали взаимно перпендикулярны. Значит, его площадь можно найти как \ Заметим сразу, что \(BD=AC=AB\sqrt2=12\)
. По теореме Менелая: \[\dfrac{SN} {NC}\cdot \dfrac{CA}{AH}\cdot \dfrac{HO}{OS}=1 \quad\Rightarrow \quad \dfrac{HO}{OS}=\dfrac12 \quad\Rightarrow\quad OS=2OH \quad\Rightarrow\quad \dfrac{SO}{SH}=\dfrac23.\] (это нам понадобится позже для поиска \(MK\) ) Проведем \(NQ\perp AC\)
. Тогда из подобия \(\triangle SHC\)
и \(\triangle
NQC\)
: \[\dfrac{SH}{NQ}=\dfrac{SC}{NC}=2 \quad\Rightarrow\quad
NQ=\dfrac12SH=\dfrac12\sqrt{SC^2-HC^2}=\dfrac12\sqrt{21^2-6^2}=
\dfrac12\sqrt{81\cdot 5}\]
\(Q\)
– середина \(HC\)
, следовательно, \(AQ=\frac34AC=\frac34\cdot 12=9\)
. Тогда по теореме Пифагора \
|
Читайте: |
---|
Новое
- «31 спорный вопрос» русской истории: житие императора Николая II
- Лечебные свойства корня лопуха и его широкое применение в домашних условиях
- Природные ресурсы западной сибири
- Совместимость петуха и змеи в любовных отношениях и браке Он петух она змея совместимость
- Чемерица черная: прекрасная и опасная Противопоказания и побочные действия
- Чем интересна Свято-Михайло-Афонская Закубанская пустынь?
- Порционная сельдь под шубой на праздничный стол
- К чему снится шить во сне
- Примета — разбить зеркало случайно: что делать, если оно треснуло
- Самостоятельные заговоры на удачу и деньги