Transcript Document
start Содержание: Определения сферы и шара Характеристики сферы(шара) Уравнение сферы Сечение сферы и шара плоскостью Касательная плоскость к сфере Поверхность шара Поверхность шарового сегмента, пояса и шара. Шаровой сегмент, слой и сектор Объемы Об авторе Управляющие кнопки Шпаргалки Определение сферы Сфера, или шаровая поверхность - это геометрическое место точек пространства, равноудаленных от одной точки, называемой центром сферы. O Определение шара Шаром называется тело, ограниченное сферой. O Радиус сферы - отрезок прямой, соединяющий центр с любой ее точкой, например AO = OB = R A A O B O B Хорда – отрезок прямой, соединяющий две любые точки сферы, например MN и LP. L N L M O M P N O P Диаметр – хорда, проходящая через центр сферы, например AC и BD. A A B O B D C Задача O C D Сечение сферы и шара плоскостью Сечение сферы любой плоскостью есть окружность. Сечение шара любой плоскостью есть круг. O O Круг, образованный сечением шара плоскостью, проходящей через центр, называется большим кругом шара. Круг, образованный сечением плоскостью, не проходящей через центр, называется малым кругом шара. O O Сечения, равноудаленные от центра шара, равны: При AO = OB сечение плоскостью α равно сечению плоскостью β A α O B β Из двух сечений, не одинаково удаленных от центра шара, больший радиус имеет то, которое ближе к центру: При AO > OB сечение плоскостью α меньше сечения плоскостью β A α O B β Всякая плоскость, проходящая через центр шара, делит его поверхность на две симметричные и равные части. OO Через две точки сферы, не лежащие на концах одного диаметра, можно провести окружность большого круга и притом только одну. A O B Окружности двух больших кругов при пересечении делятся пополам. O O Уравнение сферы В прямоугольной системе координат уравнение сферы радиуса R с центром C (x0; y0; z0) имеет вид (x – x0)2 + (y – y0)2 + (z – z0)2 = R2 рисунок доказательство устные задачи (x – x0)2 + (y – y0)2 + (z – z0)2 = R2 y M (x; y; z) R С (x0; y0; z0) 0 z x Доказательство: Расстояние от произвольной точки M (x; y; z) до точки C вычисляется по формуле MC (x – x 0 ) 2 (y – y 0 ) 2 (z – z 0 ) 2 Если точка M лежит на данной сфере, то MC = R, или MC2 = R2, то есть координаты точки M удовлетворяют уравнению (x – x0)2 + (y – y0)2 + (z – z0)2 = R2 Если же точка М не лежит на данной сфере, то координаты точки не удовлетворяют уравнению. Устные задачи Задача №1 Напишите уравнение сферы радиуса R с центром A, если A (2; –4; 7), R = 3 Задача №2 Найдите координаты центра и радиус сферы, заданной уравнением: (x – 3)2 + (y + 2)2 + z2 = 25 Касательная плоскость к сфере Плоскость, имеющая со сферой только одну общую точку, называется касательной плоскостью к сфере, а их общая точка называется точкой касания плоскости и сферы. O Свойство касательной к плоскости Радиус сферы, проведённый в точку касания сферы и плоскости, перпендикулярен к касательной плоскости. Доказательство O Признак касательной к плоскости Если радиус сферы перпендикулярен к плоскости, проходящей через его конец, лежащий на сфере, то эта плоскость является касательной к сфере. Доказательство O Поверхность шара Сегментная поверхность шара Шаровой пояс Часть шаровой поверхности, отсекаемая от нее какой-нибудь плоскостью, называется сегментной поверхностью. O Окружность пересечения плоскости с шаровой поверхностью называется основанием, а отрезок AB радиуса шара, перпендикулярного к плоскости сечения, - высотой сегментной поверхности. A A D B C O C B O D Часть шаровой поверхности, заключенная между двумя параллельными секущими плоскостями называется шаровым поясом. O Окружности сечений называются основаниями шарового пояса, а расстояние AB между параллельными плоскостями – высотой пояса. D1 A С1 С1 A D1 O O D2 B С2 С2 B D2 Поверхность шарового сегмента, пояса и шара. Площадь поверхности: шарового сегмента (сегментная поверхность) шарового пояса шара Сегментная поверхность равна произведению ее высоты на длину окружности большого круга: Sсегм = 2πRh , O где R – радиус большого круга шара, а h – высота сегментной поверхности. Задача Поверхность шарового пояса равна произведению высоты пояса на длину окружности большого круга: Sпояса = 2πRh, O где R – радиус окружности большого круга, а h – высота пояса. Площадь поверхности шара равна произведению длины окружности большого круга на диаметр: Sшара = 4πR2 где R – радиус шара. Поверхности шаров относятся, как квадраты их радиусов или диаметров. Задачи Шаровой сегмент, слой и сектор. шаровой сегмент шаровой слой O шаровой сектор Шаровым сегментом называется отсекаемое от шара плоскостью. O тело, Шаровым слоем называется тело, отсекаемое от шара двумя секущими параллельными плоскостями. O Шаровым сектором называется тело, полученное вращением кругового сектора вокруг оси, лежащей в его плоскости, проходящей через его центр и не пересекающей сектора. O Объемы Объем: шарового сектора шара шарового сегмента Отношение объемов шаров Объем шарового сектора равен произведению поверхности соответствующего шарового пояса (или шарового сегмента) на треть радиуса: Vшар.сект O R 2 2RH R 2 H 3 3 Объем шара равен произведению его поверхности на треть радиуса: O Vшара 3 4 D R 3 3 6 где R – радиус шара, D – диаметр. Задача Задача Даны два шара. Диаметр первого шара в 3 раза меньше диаметра второго шара. Найдите отношение их объемов. Решение: D1/D2 = 1/3, следовательно R1/R2 = 1/3, тогда 3 3 V1 4/3 πR1 R1 1 V2 4/3 πR23 R2 27 V1 1 Ответ: V2 27 Объемы шаров относятся, как кубы их радиусов или диаметров. V1 V2 R1 R2 Задача 3 Объем шарового формуле: сегмента находится h Vшар сегм. h R 3 2 O Задача по Задача Найдите площадь и объем шарового сегмента, если радиус окружности его основания равен 9 см, а расстояние от центра основания до шара равно 3 см. Рисунки h O O r h = 3 см R r = 9 см Sсегм.пов - ? Vсегм.пов - ? Решение Решение: По т еорем еПифагора: ( R h) 2 r 2 R 2 R 2 2 Rh h 2 r 2 R 2 2 Rh h 2 r 2 h 2 r 2 9 81 R 15(см), от куда 2h 6 S сегм.пов . 2Rh 2 15 3 90 (см2 ) h 1 Vсегм.пов . h 2 ( R ) 9 (15 3 ) 126 (см3 ) 3 3 Доказательство: Предположим, что ОА не перпендикулярен плоскости, следовательно ОА - наклонная к плоскости, откуда ОА > R. По условию OA = R, получаем противоречие, поэтому ОА перпендикулярен плоскости, что и требовалось доказать. O Из условия теоремы следует, что данный радиус является перпендикуляром, проведённым из центра сферы к данной плоскости. Поэтому расстояние от центра сферы до плоскости равно радиусу сферы, и, следовательно, сфера и плоскость имеют только одну общую точку. Это означает, что данная плоскость является касательной к сфере, что и требовалось доказать. Задача Точка M – середина отрезка AB, концы которого лежат на сфере радиуса R с центром O. Найдите: Найдите: A 1) OM, если R = 50 см, AB = 40 см; M R O B 2) AB, если R = 10 дм, OM = 60 см; 3) R, если AM = a, OM = b. 1) По теореме OM AB Рассм. AOB: OM – медиана (OA = OB) OM – высота Сл-но, AOB – равнобедренный Рассм. AMO: OM = AO2 – AM2 = R2 – (AB/2)2 = = 502 – (40/2)2 = 102(25 – 4) = 10 21 см Ответ: OM = 10 21 см 2) Из рассуждений предыдущей задачи AOB – равнобедренный, тогда AM = AO2 – OM2 = R2 – OM2 = = 1002 – 602 = 102(100 – 36) = 80 см = 8 дм AB = 2AM = 16 дм Ответ: AB = 16 дм 3) Из рассуждений предыдущей задачи равнобедренный, тогда R = AO = AM2 + OM2 = a2 + b2 Ответ: R = a2 + b2 AOB – Задачи Задача №1 Площадь сферы равна 324π см2. Найдите радиус сферы. Задача №2 Точка, лежащая на плоскости, касательной к сфере, удалена от точки касания на 12 см. Расстояние от этой точки до ближайшей к ней точки сферы равно 3 см. Найдите площадь сферы. Решение задачи №1 A (2; –4; 7), R = 3 (x – 2)2 + (y – (–4))2 + (z – 7)2 = 32, тогда (x – 2)2 + (y + 4)2 + (z – 7)2 = 9 Решение задачи №2 (x – 3)2 + (y + 2)2 + z2 = 25 (x – 3)2 + (y – (–2))2 + (z – 0)2 = 52, тогда A (3; –2; 0), R = 5 Решение S = 324π S = 4πR2, таким образом, 324π = 4πR2 R2 = 81 R = 9 (см) (т.к. R > 0) Ответ: R = 9 см Плоский чертеж A C B R R AC = 12 см AB = 3 см O S=? Решение Решение: Из AOC : AB R 2 AC 2 R 2 AB 2 2 AB R R 2 AC 2 R 2 2 AB R AC 2 AB 2 AC R 144 9 AB 2 22,5см 6 2 AB 2 Ответ : R 22,5см Задача Дан шар с радиусом 3см. Найти его объем. Решение R3 4 3 4 49 2 V R 3 8 (см3 ) 3 3 3 От вет: V 8 см 2 Шпаргалки Sбок Sполн.пов V Сегмент 2Rh (r 2 h 2 ) (2Rh r ) (h2 2r 2 ) 1 2 h 3R h 3 1 h 3r 2 h 2 6 Слой(пояс) 2Rh (2Rh r12 r2 2 ) 1 h 3r12 3r2 2 h 2 6 R(2h r ) 2 R 2 H 3 4R 2 4 D 3 3 R 3 6 Сектор Шар 2 Задача Сколько краски понадобится для покраски детали детской фигурки (рис.), если брать г расход краски – 150 2 ? Все данные указаны на рисунке. м 3 1 2 Решение S (2Rh r 2 ) (2 3 1 22 ) 10 ( м2 ) m 15010 1500 (г ) Управляющие кнопки Следующий слайд Предыдущий слайд Содержание Об авторе Создатель проекта: Никитина Лилия Особая благодарность: Подольской Анастасии Васильевне