Уроки математики и физики (RU + UA)

пятница, 8 июня 2018 г.

Урок 2. Объём прямой призмы

ВИДЕОУРОК
Основные допущения об объемах.

Объемом геометрического тела называется величина части пространства, занимаемого этим телом.

Принято рассматривать объём как величину, обладающую следующими свойствами:

– равные тела имеют равные объёмы;
– объём какого-нибудь тела, состоящего из частей, равен сумме объёмов этих частей;
– если из двух геометрических тел первое содержится целиком внутри второго, то объём первого тела не превосходит объёма второго;
 – если два тела могут быть расположены так, что любая плоскость, параллельная какой–нибудь данной плоскости и пересекающая оба тела, даёт в сечении с ними равновеликие фигуры, то объёмы таких тел одинаковые.

Объём прямой призмы  V  равен произведению её основания на высоту.
где  Sосн – площадь основания призмы, h – высота призмы.

Применение тригонометрических функций для решения стереометрических задач.

ЗАДАЧА:

Основанием прямой призмы является параллелограмм со сторонами  

9 см  и  14 см  

и углом между ними  30º. Высота призмы – 15 см. Найдите объём призмы.

РЕШЕНИЕ:
Sосн = 9 × 14 × sin 30º = 
9 × 14 × 1/2 = 63 (см2).
V = Sосн × Н = 63 × 15 
= 945 (см3).

ОТВЕТ:

945 см3.

ЗАДАЧА:

Дана прямая четырёхугольная призма  АС1, у которой
и двугранный угол  AA1OO1DD1= α. Найти объём призмы.
РЕШЕНИЕ:

Объём призмы  V= SH, где  S – площадь основания, а  Н – высота призмы. По условию задачи площадь основания  S = m. Необходимо определить высоту призмы  OO1 = H  (призма прямая: OO1 пл.  ABCD).
Диагонали основания призмы
определим по данным площадям диагональных сечений 

p = H × AC, q = H × BD.

Угол  AOD = α  как линейный угол данного двугранного угла. Тогда площадь четырёхугольника  ABCD
Откуда найдам
Определим объём:
ОТВЕТ:
ЗАДАЧА:

В основании прямой призмы лежит треугольник с углами  α  и  β. Диагональ боковой грани, которая содержит сторону, для которой данные углы будут прилежащими, равна  d  и образует с плоскостью основания угол  γ. Найдите объём призмы.

РЕШЕНИЕ: 

Пусть в основании прямой призмы  АВСА1В1С1  лежит треугольник  АВС, в котором  

А = α, В = β.
Тогда данная диагональ грани  

АА1В1В,  А1В = d. 

Поскольку ребро  АА1  перпендикулярно плоскости  АВС, то проекция диагонали  А1В  на эту плоскость будет сторона  АВ  треугольника  АВС. Поэтому по условию задачи  

А1ВА = γ.

Объём призмы

V = S × h.
Из  A1BA (A = 90°) h = 
AA1 = d sin γ, AB = cos γ.

По  теореме синусов для треугольника  АВС  имеем:
Тогда:
ОТВЕТ:
ЗАДАЧА:

В основании прямой призмы лежит равнобедренный треугольник. Две диагонали смежных боковых граней, которые имеют общую вершину, равны  l  и образуют между собой угол  α. Плоскость, которая проходит через эти диагонали, наклонена к плоскости основания под углом  β. Найдите объём призмы.

РЕШЕНИЕ: 

Пусть в основании прямой призмы  

АВСА1В1С1  

лежит равнобедренный треугольник  

АВС (АВ = ВС).
Боковыми гранями прямой призмы является прямоугольник. Поскольку  АВ = ВС, то прямоугольники  АА1В1В  и  СС1В1В  равны, и поэтому имеют равные диагонали. Проведем диагонали  АВ1  и  СВ1. По  условию, АВ1 = СВ1 l  и   АВ1С = α. Из точки  В1  проведём перпендикуляр  В1N  до стороны  АС. Тогда по теореме про три перпендикуляра  ВN АС. Поэтому  В1  будет линейным углом двугранного угла, образованного плоскостями  АВ1С  и  АВС, и, согласно условию задачи,  В1NВ = β.
Объём призмы найдём по формуле:

V = Sосн × H.

Высота  В1N  равнобедренного треугольника  АВ1С  будет его биссектрисою и медианою.
Поэтому   АВ1N = α/2  и  АN = NС.
Из   АВ1N ( N = 90º),
В1N = АВ1 cos АВ1N = l cos α/2,
АN = l sin α/2.
Из  1B (B = 90°),
H = B1B = B1N×sin β
= l cos α/2×sin β,
BN = l cos α/2×cos β.

Тогда:

Sосн = 1/2×AC×BN = AN×BN =
l sin α/2×l cos α/2×cos β =
 1/2 l2 sin α×cos β.
V = 1/2 l2×sin α cos β×l cos α/2×sin β
= 1/l3×sin α×cos α/2×sin 2β.

ОТВЕТ:

1/l3×sin α×cos α/2×sin 2β.

ЗАДАЧА:

Основание прямой призмы – ромб со стороною  а  и тупым углом  α. Через большую диагональ нижнего основания и вершину тупого угла верхнего основания проведена плоскость, которая образует с плоскостью основания угол  β. Найдите объём призмы.

РЕШЕНИЕ:

Пусть  АВСDА1В1С1D1данная призма.
АВСD – ромб со стороною  а,

BAD = BCD = α.

Тогда  ВD – большая диагональ. Треугольник  ВDС1 – данное сечение. По свойству диагоналей ромба  СО ВD. По теореме про три перпендикуляра  С1О ВD. Тогда  С1ОС – угол, который образуется плоскостью сечения с плоскостью основания.

По условию, С1ОС = β.

Из  AOD (O = 90º):

A = α/2,

OA = AD cos A = a cos α/2,

OC = OA = a cos α/2.

Из  OCC1 (C = 90º):

OC1 = OC tg O = a cos α/2 tg β.

V = Sосн. H = SABCD CC1 =

= a2 sin α  a cos α/2 tg β =

= a3 sin α cos α/2 tg β.

ОТВЕТ:  a3 sin α cos α/2 tg β

ЗАДАЧА:

Основание прямой призмы – ромб с большею диагональю  d  и острым углом  α. Через меньшую диагональ нижнего основания и вершину острого угла верхнего основания проведена плоскость, которая образует с плоскостью основания угол  γ. Найдите объём призмы.

РЕШЕНИЕ:

Пусть  АВСDА1В1С1D1 – данная призма.
АВСD – ромб c острым углом  ВСD,

BCD = α, АС = d.

Треугольник  ВС1Dданное сечение.

ОCD = ОCВ = α/2.

Так как  СО ВD  (как диагонали ромба), то по теореме про три перпендикуляра  ОС1 ВD. Тогда  С1ОC – угол, который образуется плоскостью сечения и плоскостью основания. По условию, С1ОC = γ.

Из  СOD (O = 90º):

OD = OC tg C = d/2 tg α/2,

BD = 2OD = d tg α/2.

Из  OCC1 (C = 90º):

OC1 = OC tg O = d/2 tg γ.

SABCD = 1/2×AC×BD = 

= 1/2×d×d tg α/2 = 1/2×d2×tg α/2.

 V = Sосн. H = SABCD CC1 =

= 1/2×d2× tg α/2× d/2 tg γ =

ОТВЕТ:

ЗАДАЧА:

Найдите объём четырёхугольной прямой призмы, высота которой равна  h, диагонали наклонены к плоскости основания под углами  α  и  β, а острый угол между диагоналями основания равен  γ.

РЕШЕНИЕ:

Из условия задачи имеем:
Четырёхугольная призма  АВСDА1В1С1D1  с высотой  h. Диагонали наклонены к плоскости основания под углом  α  и  β. Острый угол между диагоналями основания равен  γ.

Надо найти объём призмы  АВСDА1В1С1D1.

Так как высота призмы дана, то решение сводится к отысканию площади её основания  АВСD, которое является выпуклым четырёхугольником.

Площадь выпуклого четырёхугольника выражается через его диагонали  d1, d2  и угол между ними  γ  по формуле:

S = 1/2 d1d2 sin γ.

C1C  и  D1D  перпендикулярны плоскости основания. С1АС = α, D1DВ = β. Из треугольников  АСС1  и  ВDD1  находим диагонали основания:

d1 = AC = h ctg α,

d2 = BD = h ctg β.

Найдём площадь четырёхугольника  АВСD, диагонали которого  АС  и  ВD  пересекаются в точке  О.
SABCD = 1/2 AC BD sin γ =
1/2 h2 ctg α ctg β sin γ.
Vпризмы = SABCD h =
1/2 h3 ctg α ctg β sin γ.

Задания к уроку 2
Другие уроки:

Комментариев нет:

Отправить комментарий