Диагональные сечения Сечение призмы плоскостью, проходящей через диагональ основания и два прилежащих к ней боковых ребра, называется диагональным сечением призмы. Сечение пирамиды плоскостью, проходящей через диагональ основания и вершину, называется диагональным сечением пирамиды. Пусть плоскость пересекает пирамиду и параллельна ее основанию. Часть пирамиды, заключенная между этой плоскостью и основанием, называется усеченной пирамидой. Сечение пирамиды также называется основанием усеченной пирамиды.

Построение сечений При построении сечений многогранников, базовыми являются построения точки пересечения прямой и плоскости, а также линии пересечения двух плоскостей. Если даны две точки A и B прямой и известны их проекции A’ и B’ на плоскость, то точкой С пересечения данных прямой и плоскости будет точка пересечения прямых AB и A’B’ Если даны три точки A, B, C плоскости и известны их проекции A’, B’, C’ на другую плоскость, то для нахождения линии пересечения этих плоскостей находят точки P и Q пересечения прямых AB и AC со второй плоскостью. Прямая PQ будет искомой линией пересечения плоскостей.

Упражнение 1 Постройте сечение куба плоскостью, проходящей через точки E, F, лежащие на ребрах куба и вершину B. Решение. Для построения сечения куба, проходящего через точки E, F и вершину B, Соединим отрезками точки E и B, F и B. Через точки E и F проведем прямые, параллельные BF и BE, соответственно. Полученный параллелограмм BFGE будет искомым сечением.

Упражнение 2 Постройте сечение куба плоскостью, проходящей через точки E, F, G , лежащие на ребрах куба. Решение. Для построения сечения куба, проходящего через точки E, F, G, проведем прямую EF и обозначим P её точку пересечения с AD. Обозначим Q точку пересечения прямых PG и AB. Соединим точки E и Q, F и G. Полученная трапеция EFGQ будет искомым сечением.

Упражнение 3 Постройте сечение куба плоскостью, проходящей через точки E, F, G , лежащие на ребрах куба. Решение. Для построения сечения куба, проходящего через точки E, F, G, проведем прямую EF и обозначим P её точку пересечения с AD. Обозначим Q, R точки пересечения прямой PG с AB и DC. Обозначим S точку пересечения FR c СС 1. Соединим точки E и Q, G и S. Полученный пятиугольник EFSGQ будет искомым сечением.

Упражнение 4 Постройте сечение куба плоскостью, проходящей через точки E, F, G , лежащие на ребрах куба. Решение. Для построения сечения куба, проходящего через точки E, F, G, найдем точку P пересечения прямой EF и плоскости грани ABCD. Обозначим Q, R точки пересечения прямой PG с AB и CD. Проведем прямую RF и обозначим S, T её точки пересечения с CC 1 и DD 1. Проведем прямую TE и обозначим U её точку пересечения с A 1 D 1. Соединим точки E и Q, G и S, U и F. Полученный шестиугольник EUFSGQ будет искомым сечением.

Упражнение 5 Постройте сечение куба плоскостью, проходящей через точки E, F, G, принадлежащие граням BB 1 C 1 C, CC 1 D 1 D, AA 1 B 1 B, соответственно. Решение. Из данных точек опустим перпендикуляры EE’, FF’, GG’ на плоскость грани ABCD, и найдем точки I и H пересечения прямых FE и FG с этой плоскостью. IH будет линией пересечения искомой плоскости и плоскости грани ABCD. Обозначим Q, R точки пересечения прямой IH с AB и BC. Проведем прямые PG и QE и обозначим R, S их точки пересечения с AA 1 и CC 1. Проведем прямые SU, UV и RV, параллельные PR, PQ и QS. Полученный шестиугольник RPQSUV будет искомым сечением.

Упражнение 6 Постройте сечение куба плоскостью, проходящей через точки E, F, лежащие на ребрах куба, параллельно диагонали BD. Решение. Проведем прямые FG и EH, параллельные BD. Проведем прямую FP, параллельную EG, и соединим точки P и G. Соединим точки E и G, F и H. Полученный пятиугольник EGPFH будет искомым сечением.

Постройте сечение призмы ABCA 1 B 1 C 1 плоскостью, проходящей через точки E, F, G. Упражнение 8 Решение. Соединим точки E и F. Проведем прямую FG и ее точку пересечения с CC 1 обозначим H. Проведем прямую EH и ее точку пересечения с A 1 C 1 обозначим I. Соединим точки I и G. Полученный четырехугольник EFGI будет искомым сечением.

Постройте сечение призмы ABCA 1 B 1 C 1 плоскостью, проходящей через точки E, F, G. Упражнение 9 Решение. Проведем прямую EG и обозначим H и I ее точки пересечения с CC 1 и AC. Проведем прямую IF и ее точку пересечения с AB обозначим K. Проведем прямую FH и ее точку пересечения с B 1 C 1 обозначим L. Соединим точки E и K, G и L. Полученный пятиугольник EKFLG будет искомым сечением.

Постройте сечение призмы ABCA 1 B 1 C 1 плоскостью, параллельной AC 1, проходящей через точки D 1. Упражнение 10 Решение. Через точку D проведем прямую параллельную AC 1 и обозначим E ее точку пересечения с прямой BC 1. Эта точка будет принадлежать плоскости грани ADD 1 A 1. Проведем прямую DE и обозначим F ее точку пересечения с ребром BC. Соединим отрезком точки F и D. Через точку D проведем прямую параллельную прямой FD и обозначим G точку ее пересечения с ребром A 1 C 1, H – точку ее пересечения с прямой A 1 B 1. Проведем прямую DH и обозначим P ее точку пересечения с ребром AA 1. Соединим отрезком точки P и G. Полученный четырехугольник EFIK будет искомым сечением.

Построить сечение призмы ABCA 1 B 1 C 1 плоскостью, проходящей через точки E на ребре BC, F на грани ABB 1 A 1 и G на грани ACC 1 A 1. Упражнение 11 Решение. Проведем прямую GF и найдем точку H ее пересечения с плоскостью ABC. Проведем прямую EH, и обозначим P и I ее точки пересечения с AC и AB. Проведем прямые PG и IF, и обозначим S, R и Q их точки пересечения с A 1 C 1, A 1 B 1 и BB 1. Соединим точки E и Q, S и R. Полученный пятиугольник EQRSP будет искомым сечением.

Построить сечение правильной шестиугольной призмы плоскостью, проходящей через точки A, B, D 1. Упражнение 12 Решение. Заметим, что сечение будет проходить через точку E 1. Проведем прямую AB и найдем ее точки пересечения K и L с прямыми CD и FE. Проведем прямые KD 1, LE 1 и найдем их точки пересечения P, Q с прямыми CC 1 и FF 1. Шестиугольник ABPD 1 E 1 Q будет искомым сечением.

Построить сечение правильной шестиугольной призмы плоскостью, проходящей через точки A, B’, F’. Упражнение 13 Решение. Проведем отрезки AB’ и AF’. Через точку B’ проведем прямую, параллельную AF’, и ее точку пересечения с EE 1 обозначим E’. Через точку F’ проведем прямую, параллельную AB’, и ее точку пересечения с CC 1 обозначим C’. Через точки E’ и C’ проведем прямые, параллельные AB’ и AF’, и их точки пересечения с D 1 E 1 и C 1 D 1 обозначим D’, D”. Соединим точки B’, C’; D’, D”; F’, E’. Полученный семиугольник AB’C’D”D’E’F’ будет искомым сечением.

Построить сечение правильной шестиугольной призмы плоскостью, проходящей через точки F’, B’, D’. Упражнение 14 Решение. Проведем прямые F’B’ и F’D’, и найдем их точки пересечения P и Q с плоскостью ABC. Проведем прямую PQ. Обозначим R точку пересечения PQ и FC. Точку пересечения F’R и CC 1 обозначим C’. Соединим точки B’, C’ и C’, D’. Через точку F’ проведем прямые, параллельные C’D’ и B’C’, и их точки пересечения с AA 1 и EE 1 обозначим A’ и E’. Соединим точки A’, B’ и E’, D’. Полученный шестиугольник A’B’C’D’E’F’ будет искомым сечением.

Ответ на этот вопрос "что такое призма?", как в случае с любым геометрическим термином, становится понятен, если изучить свойства данного объекта. Конечно, можно заучить сложный научный термин, согласно которому призма - один из видов многогранников, основания которого параллельны, а боковые грани являются параллелограммами, однако проще запомнить свойства объекта и тогда можно будет даже самостоятельно сформулировать понятие призмы.

Элементы призмы

Довольно простые свойства призмы сложно понять, не изучив предварительно ряд терминов, которые применяются для обозначения тех или иных элементов данного геометрического тела. Выделяют следующие элементы призмы:

• Каждая призма имеет два основания, они являются многоугольниками и расположены в параллельных плоскостях.
• Боковые грани - все грани призмы (за исключением оснований).
• Боковая поверхность - совокупность боковых граней.
• Полная поверхность - совокупность боковых граней и оснований.
• Боковые ребра - общие для боковых граней стороны.
• Высота - отрезок, проведенный от одного основания к другому перпендикулярно плоскостям, в которых они расположены.
• Диагональ - отрезок, проведенный из одной вершины призмы к другой.
• Диагональная плоскость - плоскость, которая проходит через одно из боковых ребер призмы и диагональ одного из оснований.
• Диагональное сечение - сечение, образуемое пересечением призмы и диагональной плоскости.
• Ортогональное сечение - сечение, образуемое пересечением призмы и плоскости, которая перпендикулярна боковому ребру.
• Развертка призмы - представление всех граней призмы на одной плоскости без искажения размеров граней.

Свойства призмы

Теперь, когда вы знакомы с элементами призмы, можно рассмотреть ее основные свойства, а также формулы, позволяющие находить объем и площадь фигуры:

• Основания призмы представляют собой равные многоугольники.
• Боковые грани призмы - параллелограммы.
• Все боковые ребра призмы равны между собой и параллельны.
• Ортогональное сечение перпендикулярно всем боковым ребрам.

Формулы для вычисления площади и объема

Для нахождения объема призмы существует очень простая формула: V = S*h, где S - площадь призмы, h - высота.

Чтобы найти площадь полной поверхности призмы, необходимо найти площадь ее боковой поверхности и умножить полученную величину на удвоенную площадь основания. В свою очередь, для нахождения площади боковой поверхности можно использовать формулу: S = P*l, где P - периметр перпендикулярного сечения, l - длина бокового ребра.

Особые виды призмы

Некоторые призмы имеют особые отличительные свойства, и для них придуманы специальные названия:

• параллелепипед (признак - параллелограммы в основании);
• прямая призма (признак - боковые ребра перпендикулярны основаниям);
• правильная призма (признак - многоугольник с равными сторонами и углами в основании, прямоугольники в основаниях);
• полуправильная призма (признак - квадраты в основаниях).

Призма в оптике

В оптике призмой называют объект в форме геометрического тела (призмы), выполненный из прозрачного материала. Свойства призм широко используются в оптике, в частности, в биноклях. В призматических биноклях применяются двойная призма Порро и призма Аббе, названные так в честь своих изобретателей. Эти призмы за счет особой структуры и расположения создают тот или иной оптический эффект.

Призма Порро - это призма, в основании которой лежит равнобедренный треугольник. Двойная призма Порро создается благодаря особому расположению в пространстве двух призм Порро. Двойная призма Порро позволяет переворачивать изображение, увеличивать оптическое расстояние между объективом и окуляром, сохраняя внешние габариты.

Призма Аббе - это призма, в основании которой лежит треугольник с углами - 30 о, 60 о, 90 о. призма Аббе используется, когда необходимо перевернуть изображение без отклонения линии взгляда на объект.

Общие сведения о прямой призме

Боковой поверхностью призмы (точнее, площадью боковой поверхности) называется сумма площадей боковых граней. Полная поверхность призмы равна сумме боковой поверхности и площадей оснований.

Теорема 19.1. Боковая поверхность прямой призмы равна произведению периметра основания на высоту призмы, т. е. на длину бокового ребра.

Доказательство. Боковые грани прямой призмы - прямоугольники. Основания этих прямоугольников являются сторонами многоугольника, лежащего в основании призмы, а высоты равны длине боковых ребер. Отсюда следует, что боковая поверхность призмы равна

S = a 1 l + a 2 l + ... + a n l = pl,

где a 1 ,а n - длины ребер основания, р - периметр основания призмы, а I - длина боковых ребер. Теорема доказана.

Практическое задание

Задача (22) . В наклонной призме проведено сечение , перпендикулярное боковым ребрам и пересекающее все боковые ребра. Найдите боковую поверхность призмы, если периметр сечения равен р, а боковые ребра равны l.

Решение. Плоскость проведенного сечения разбивает призму на две части (рис. 411). Подвергнем одну из них параллельному переносу, совмещающему основания призмы. При этом получим прямую призму, у которой основанием служит сечение исходной призмы, а боковые ребра равны l. Эта призма имеет ту же боковую поверхность, что и исходная. Таким образом, боковая поверхность исходной призмы равна рl.

Обобщение пройденной темы

А теперь давайте попробуем с вами подвести итоги пройденной темы о призме и вспомним, какими свойствами обладает призма.

Свойства призмы

Во-первых, у призмы все ее основания являются равными многоугольниками;
Во-вторых, у призмы все ее боковые грани являются параллелограммами;
В-третьих, у такой многогранной фигуры, как призма, все боковые ребра равны;

Также, следует вспомнить, что такие многогранники, как призмы могут быть прямыми и наклонными.

Какая призма называется прямой?

Если же у призмы боковое ребро расположено перпендикулярно плоскости ее основания, то такая призма носит название прямой.

Не будет лишним напомнить, что боковые грани прямой призмы являются прямоугольниками.

Какую призму называют наклонной?

А вот если же у призмы боковое ребро не расположено перпендикулярно плоскости ее основания, то можно смело утверждать, что это наклонная призма.

Какую призму называют правильной?

Если у основания прямой призмы лежит правильный многоугольник, то такая призма является правильной.

Теперь вспомним свойства, которыми обладает правильная призма.

Свойства правильной призмы

Во-первых, всегда основаниями правильной призмы служат правильные многоугольники;
Во-вторых, если рассматривать у правильной призмы боковые грани, то они всегда бывают равными прямоугольниками;
В-третьих, если сравнивать размеры боковых ребер, то в правильной призме они всегда равны.
В-четвертых, правильная призма всегда прямая;
В-пятых, если же в правильной призмы боковые грани имеют форму квадратов, то такую фигуру, как правило, называют полуправильным многоугольником.

Сечение призмы

А теперь давайте рассмотрим сечение призмы:

Домашнее задание

А теперь давайте попробуем закрепить изученную тему с помощью решения задач.

Давайте нарисуем наклонную треугольную призму, у которой расстояние между ее ребрами будет равно: 3 см, 4 см и 5 см, а боковая поверхность этой призмы будет равна 60 см2. Имея такие параметры, найдите боковое ребро данной призмы.

А вы знаете, что геометрические фигуры постоянно окружают нас не только на уроках геометрии, но и в повседневной жизни встречаются предметы, которые напоминают ту или иную геометрическую фигуру.

У каждого дома, в школе или на работе имеется компьютер, системный блок которого имеет форму прямой призмы.

Если вы возьмете в руки простой карандаш, то вы увидите, что основной частью карандаша, является призма.

Идя по центральной улице города, мы видим, что у нас под ногами лежит плитка, которая имеет форму шестиугольной призмы.

А. В. Погорелов, Геометрия для 7-11 классов, Учебник для общеобразовательных учреждений

Треугольная призма — это трехмерное тело, образованное соединением прямоугольников и треугольников. В этом уроке вы узнаете, как найти размер внутри (объем) и снаружи (площадь поверхности) треугольной призмы.

Треугольная призма — это пятигранник, образованный двумя параллельными плоскостями, в которых расположены два треугольника, образующих две грани призмы, и оставшиеся три грани — параллелограммы, образованные со-сторонами треугольников.

Элементы треугольной призмы

Треугольники ABC и A 1 B 1 C 1 являются основаниями призмы .

Четырехугольники A 1 B 1 BA, B 1 BCC 1 и A 1 C 1 CA являются боковыми гранями призмы .

Стороны граней являются ребрами призмы (A 1 B 1 , A 1 C 1 , C 1 B 1 , AA 1 , CC 1 , BB 1 , AB, BC, AC), всего у треугольной призмы 9 граней.

Высотой призмы называется отрезок перпендикуляра, который соединяет две грани призмы (на рисунке это h).

Диагональю призмы называется отрезок, который имеет концы в двух вершинах призмы, не принадлежащих одной грани. У треугольной призмы такой диагонали провести нельзя.

Площадь основания — это площадь треугольной грани призмы.

— это сумма площадей четырехугольных граней призмы.

Виды треугольных призм

Треугольная призма бывает двух видов: прямая и наклонная.

У прямой призмы боковые грани прямоугольники, а у наклонной боковые грани — параллелограммы (см. рис.)

Призма, боковые ребра которой перпендикулярны плоскостям оснований, называется прямой.

Призма, боковые ребра которой являются наклонными к плоскостям оснований, называется наклонной.

Основные формулы для расчета треугольной призмы

Объем треугольной призмы

Чтобы найти объем треугольной призмы, надо площадь ее основания умножить на высоту призмы.

Объем призмы = площадь основания х высота

V=S осн. h

Площадь боковой поверхности призмы

Чтобы найти площадь боковой поверхности треугольной призмы, надо периметр ее основания умножить на высоту.

Площадь боковой поверхности треугольной призмы = периметр основания х высота

S бок =P осн. h

Площадь полной поверхности призмы

Чтобы найти площадь полной поверхности призмы, надо сложить ее площади оснований и площадь боковой поверхности.

так как S бок =P осн. h, то получим:

S полн.пов. =P осн. h+2S осн

Правильная призма — прямая призма, основанием которой является правильный многоугольник.

Свойства призмы :

Верхнее и нижнее основания призмы – это равные многоугольники.
Боковые грани призмы имеют вид параллелограмма.
Боковые ребра призмы параллельные и равны.

Совет: при расчете треугольной призмы вы должны обратить внимание на используемые единицы. Например, если площадь основания указана в см 2 , то высота должна быть выражена в сантиметрах, а объем — в см 3 . Если площадь основания в мм 2 , то высота должна быть выражена в мм, а объем в мм 3 и т. д.

Пример призмы

В этом примере:
— ABC и DEF составляют треугольные основания призмы
— ABED, BCFE и ACFD являются прямоугольными боковыми гранями
— Боковые края DA, EB и FC соответствуют высоте призмы.
— Точки A, B, C, D, E, F являются вершинами призмы.

Задачи на расчет треугольной призмы

Задача 1 . Основанием прямой треугольной призмы служит прямоугольный треугольник с катетами 6 и 8, боковое ребро равно 5. Найдите объем призмы.
Решение: Объем прямой призмы равен V = Sh, где S - площадь основания, а h - боковое ребро. Площадь основания в данном случае это площадь прямоугольного треугольника (его площадь равна половине площади прямоугольника со сторонами 6 и 8). Таким образом, объём равен:

V = 1/2 · 6 · 8 · 5 = 120.

Задача 2.

Через среднюю линию основания треугольной призмы проведена плоскость, параллельная боковому ребру. Объем отсеченной треугольной призмы равен 5. Найдите объем исходной призмы.

Решение:

Объём призмы равен произведению площади основания на высоту: V = S осн ·h.

Треугольник, лежащий в основании исходной призмы подобен треугольнику, лежащему в основании отсечённой призмы. Коэффициент подобия равен 2, так как сечение проведено через среднюю линию (линейные размеры большего треугольника в два раза больше линейных размеров меньшего). Известно, что площади подобных фигур соотносятся как квадрат коэффициента подобия, то есть S 2 = S 1 k 2 = S 1 2 2 = 4S 1 .

Площадь основания всей призмы больше площади основания отсечённой призмы в 4 раза. Высоты обеих призм одинаковы, поэтому объем всей призмы в 4 раза больше объема отсечённой призмы.

Таким образом, искомый объём равен 20.

Определение .

Это шестигранник, основаниями которого являются два равных квадрата, а боковые грани представляют собой равные прямоугольники

Боковое ребро - это общая сторона двух смежных боковых граней

Высота призмы - это отрезок, перпендикулярный основаниям призмы

Диагональ призмы - отрезок, соединяющий две вершины оснований, которые не принадлежат к одной грани

Диагональная плоскость - плоскость, которая проходит через диагональ призмы и ее боковые ребра

Диагональное сечение - границы пересечения призмы и диагональной плоскости. Диагональное сечение правильной четырехугольной призмы представляет собой прямоугольник

Перпендикулярное сечение (ортогональное сечение) - это пересечение призмы и плоскости, проведенной перпендикулярно ее боковым ребрам

Элементы правильной четырехугольной призмы

На рисунке изображены две правильные четырехугольные призмы, у которых обозначены соответствующими буквами:

• Основания ABCD и A 1 B 1 C 1 D 1 равны и параллельны друг другу
• Боковые грани AA 1 D 1 D, AA 1 B 1 B, BB 1 C 1 C и CC 1 D 1 D, каждая из которых является прямоугольником
• Боковая поверхность - сумма площадей всех боковых граней призмы
• Полная поверхность - сумма площадей всех оснований и боковых граней (сумма площади боковой поверхности и оснований)
• Боковые ребра AA 1 , BB 1 , CC 1 и DD 1 .
• Диагональ B 1 D
• Диагональ основания BD
• Диагональное сечение BB 1 D 1 D
• Перпендикулярное сечение A 2 B 2 C 2 D 2 .

Свойства правильной четырехугольной призмы

• Основаниями являются два равных квадрата
• Основания параллельны друг другу
• Боковыми гранями являются прямоугольники
• Боковые грани равны между собой
• Боковые грани перпендикулярны основаниям
• Боковые ребра параллельны между собой и равны
• Перпендикулярное сечение перпендикулярно всем боковым ребрам и параллельно основаниям
• Углы перпендикулярного сечения - прямые
• Диагональное сечение правильной четырехугольной призмы представляет собой прямоугольник
• Перпендикулярное (ортогональное сечение) параллельно основаниям

Формулы для правильной четырехугольной призмы

Указания к решению задач

При решении задач на тему "правильная четырехугольная призма " подразумевается, что:

Правильная призма - призма в основании которой лежит правильный многоугольник, а боковые ребра перпендикулярны плоскостям основания. То есть правильная четырехугольная призма содержит в своем основании квадрат . (см. выше свойства правильной четырехугольной призмы) Примечание . Это часть урока с задачами по геометрии (раздел стереометрия - призма). Здесь размещены задачи, которые вызывают трудности при решении. Если Вам необходимо решить задачу по геометрии, которой здесь нет - пишите об этом в форуме . Для обозначения действия извлечения квадратного корня в решениях задач используется символ √ .

Задача.

В правильной четырёхугольной призме площадь основания 144 см 2 , а высота 14 см. Найти диагональ призмы и площадь полной поверхности.

Решение .
Правильный четырехугольник - это квадрат.
Соответственно, сторона основания будет равна

√144 = 12 см.
Откуда диагональ основания правильной прямоугольной призмы будет равна
√(12 2 + 12 2 ) = √288 = 12√2

Диагональ правильной призмы образует с диагональю основания и высотой призмы прямоугольный треугольник. Соответственно, по теореме Пифагора диагональ заданной правильной четырехугольной призмы будет равна:
√((12√2) 2 + 14 2 ) = 22 см

Ответ : 22 см

Задача

Определите полную поверхность правильной четырехугольной призмы, если ее диагональ равна 5 см, а диагональ боковой грани равна 4 см.

Решение .
Поскольку в основании правильной четырехугольной призмы лежит квадрат, то сторону основания (обозначим как a) найдем по теореме Пифагора:

A 2 + a 2 = 5 2
2a 2 = 25
a = √12,5

Высота боковой грани (обозначим как h) тогда будет равна:

H 2 + 12,5 = 4 2
h 2 + 12,5 = 16
h 2 = 3,5
h = √3,5

Площадь полной поверхности будет равна сумме площади боковой поверхности и удвоенной площади основания

S = 2a 2 + 4ah
S = 25 + 4√12,5 * √3,5
S = 25 + 4√43,75
S = 25 + 4√(175/4)
S = 25 + 4√(7*25/4)
S = 25 + 10√7 ≈ 51,46 см 2 .

Ответ : 25 + 10√7 ≈ 51,46 см 2 .