Урок геометрии в 10 классе
Правильные
многогранники
Математика владеет не только истиной, но и высшей красотой - красотой отточенной и строгой, возвышенно чистой и стремящейся к подлинному совершенству, которое свойственно лишь величайшим образцам искусства.
Бертран Рассел
Правильный многогранник
- это выпуклый многогранник, все грани которого являются равными правильными многоугольниками, и в каждой вершине сходится одинаковое число граней.
Признаки правильных многогранников:
Многогранник – выпуклый
Все его грани – равные правильные многоугольники
В каждой вершине сходится одинаковое число граней
Равны все двугранные углы, содержащие две грани с общим ребром.
«эдра» - грань
«тетра» - 4
«гекса» - 6
«окта» - 8
«икоси» - 20
«додека» - 12
Существует пять различных видов правильных многогранников
Додекаэдр
Тетраэдр
Икосаэдр
Гексаэдр
Название правильного
многогранника
определяется количеством граней
Свойство граней, вершин и ребер правильных многогранниковПРИЛОЖЕНИЕ 3
Правильные многогранники удовлетворяют формулеТетраэдр
Гексаэдр
Додекаэдр
Икосаэдр
Открытие удивительной закономерности
у правильных многоугольников
Теорема о числе граней, вершин и рёбер
выпуклого многогранника – 1755 год
Эйлерова
характеристика многогранника
Сколько существует различных видов правильных многогранников?
При одной вершине сходится n плоских углов,
но чтобы образовался многогранный угол сумма
их градусных мер должна быть меньше 360°, т.е.
Какие многоугольники могут быть гранями правильных многогранников?
Угол правильного треугольника равен 60°, значит в
одной вершине может сходиться 3, 4 или 5 правильных
треугольников
Тетраэдр
Икосаэдр
Существуют многогранники, гранями которых являются правильные треугольники
Сколько граней может сходиться в вершине правильного многогранника?Угол квадрата равен 90°, значит в одной вершине может сходиться только 3 квадрата
Существуют многогранники, гранями которых являются правильные четырёхугольники
Гексаэдр
Сколько граней может сходиться в вершине правильного многогранника?Угол правильного пятиугольника равен 108°, значит в одной вершине может сходиться только 3 правильных
пятиугольника
Существуют многогранники, гранями которых являются правильные пятиугольники
Додекаэдр
Платоновы тела
Все правильные многогранники были известны еще в Древней Греции, и им посвящена заключительная, 13-я книга знаменитых “Начал” Евклида.
Правильные многогранники часто называют также платоновыми телами – в идеалистической картине мира, данной великим древнегреческим мыслителем Платоном, четыре из них олицетворяли 4 стихии: огонь, вода,воздух,земля.
Пятый же многогранник символизировал все мироздание – его по-латыни стали называть quinta essentia (квинта эссенция), означающее все самое главное, основное, истинную сущность чего-либо.
вода
огонь
воздух
земля
вселенная
огонь
вода
воздух
земля
вселенная
тетраэдр
икосаэдр
гексаэдр
додекаэдр
Правильные многогранники в философской картине мира ПлатонаПлатон считал, что мир строится из четырёх «стихий» - огня, земли, воздуха и воды, а атомы этих «стихий» имеют форму четырёх правильных многогранников.
Тетраэдр олицетворял огонь, поскольку его вершина устремлена
вверх, как у пламени
октаэдр – олицетворял воздух
куб – самая устойчивая из фигур – олицетворял землю
икосаэдр – как самый обтекаемый – олицетворял воду
додекаэдр символизировал весь мир
Холст, на котором написана "Тайная вечеря" Сальвадора Дали имеет форму золотого прямоугольника. Золотые прямоугольники меньших размеров использованы художником при размещении фигур двенадцати апостолов. В центре картины расположен додекаэдр.
Икосаидро-додекаидровая структура Земли
Идеи Платона и Кеплера о связи правильных многогранников с гармоничным устройством мира и в наше время нашли своё продолжение в интересной научной гипотезе, которую в начале 80-х гг. высказали московские инженеры В. Макаров и В. Морозов. Они считают, что ядро Земли имеет форму и свойства растущего кристалла, оказывающего воздействие на развитие всех природных процессов, идущих на планете. Лучи этого кристалла, а точнее, его силовое поле, обуславливают икосаэдро-додекаэдровую структуру Земли. Она проявляется в том, что в земной коре как бы проступают проекции вписанных в земной шар правильных многогранников: икосаэдра и додекаэдра.
Правильных многогранников вызывающе мало, но этот весьма скромный по численности отряд сумел пробраться в самые глубины различных наук.
Л. Кэррол
Домашнее задание:
Изготовить модель правильного многогранника и вычислить площадь его поверхности.
Интернет ресурсы:900igr.net
http://www.nips.riss-telecom.ru/poly/
Мир многогранников http://lesavchen. ucoz.ru/
Правильные и полуправильные многогранники
В своей деятельности человек повсюду сталкивается с необходимостью изучать форму, размеры, взаимное расположение пространственных фигур. Важный класс тел образуют многогранники – тела, граница которых состоит из многоугольников. В необъятном океане многогранных форм выделяются своим совершенством пять правильных многогранников, или Платоновых тел.
Многогранник - геометрическое тело, ограниченное со всех сторон плоскими многоугольниками, называемыми гранями.
Стороны граней называются ребрами многогранника, а концы ребер - вершинами многогранника. По числу граней различают четырехгранники, пятигранники и т. д.
Многогранник называется выпуклым, если он весь расположен по одну сторону от плоскости каждой из его граней. Выпуклый многогранник называется правильным, если все его грани - правильные одинаковые многоугольники и все многогранные углы при вершинах равны.
Тетраэдр (от греческого tetra – четыре и hedra – грань) - правильный многогранник, составленный из 4 равносторонних треугольников.
Кристаллы белого фосфора образованы молекулами Р4, Такая молекула имеет вид тетраэдра. Молекулы зеркальных изомеров молочной кислоты также являются тетраэдрами. Кристаллическая решётка метана имеет форму тетраэдра. Метан горит бесцветным пламенем. С воздухом образует взрывоопасные смеси. Используется как топливо.
Сфалерит - сульфид цинка (ZnS). Кристаллы этого минерала имеют форму тетраэдров, реже – ромбододекаэдров
Куб (гексаэдр)Каждая из 8 вершин куба является вершиной 3 квадратов.
У куба 12 ребер, имеющих равную длину.
Центром симметрии куба является точка пересечения его диагоналей. Через центр симметрии проходят 9 осей симметрии. Ось симметрии куба может проходить либо через середины параллельных ребер, не принадлежащих одной грани, либо через точку пересечения диагоналей противоположных граней.
Куб передает форму кристаллов поваренной соли NaCl.
Форму куба имеют кристаллические решётки многих металлов (Li , Na , Cr , Pb , Al , Au , и другие)
Октаэдр (от греческого okto – восемь и hedra – грань) – правильный многогранник, составленный из 8равносторонних треугольников.
Форму октаэдра имеет монокристалл алюмокалиевых кварцев, формула которого K (AL (SO 4)2) * 12 H 2 O . Они применяются для протравливания тканей, выделки кожи.
Одним из состояний полимерной молекулы углерода, наряду с графитом,является алмаз Алмазы обычно имеют октаэдр в качестве формы огранки.
Алмаз (от греческого adamas – несокрушимый) – бесцветный или окрашенный кристалл с сильным блеском в виде октаэдра.
Кристаллы алмаза представляют собой гигантские полимерные молекулы и обычно имеют форму огранки октаэдра, ромбододекаэдра, реже - куба или тетраэдра.
Додекаэдр (от греческого dodeka – двенадцать и hedra – грань) это правильный многогранник, составленный из двенадцати равносторонних пятиугольников. Додекаэдр имеет 20 вершин и 30 ребер
Вирус полиомиелита имеет форму додекаэдра. Он может жить и размножаться только в клетках человека и приматов.
На микроскопическом уровне, додекаэдр и икосаэдр являются относительными параметрами ДНК. Можно увидеть также, что молекула ДНК представляет собой вращающийся куб. При повороте куба последовательно на 72 градуса по определённой модели, получается икосаэдр, который, в свою очередь, составляет пару додекаэдру. Таким образом, двойная нить спирали ДНК построена по принципу двухстороннего соответствия: за икосаэдром следует додекаэдр, затем опять икосаэдр, и так далее. Это вращение через куб создаёт молекулу ДНК.
В книге Дана Уинтера «Математика Сердца» (Dan Winter, Heartmath) показано, что молекула ДНК составлена из взаимоотношений двойственности додекаэдров и икосаэдров.
Икосаэдр - правильный выпуклый многогранник, составленный из 20 правильных треугольников. У икосаэдра 30 ребер.
В одном из своих диалогов Платон связал правильные многогранники с 4я стихиями. Тетраэдру соответствовал огонь, кубу – земля, октаэдру - воздух, икосаэдру – вода. Додекаэдру соответствовала пятая стихия – эфир.
Правильных многоугольников бесконечно много: при каждом n =>3 имеется правильный n – угольник(причем только один, с точностью до подобия). Правильных многогранников всего пять.
Пожалуй, важнейшее свойство выпуклых многогранников было обнаружено Рене Декартом около 1620г. ту же формулу переоткрыл Леонард Эйлер, когда занимался описанием типов выпуклых многогранников в зависимости от числа их вершин.
Пусть В -- число вершин выпуклого многогранника, Р -- число его рёбер и Г -- число граней. Тогда верно равенство В-Р+Г=2.
Это число называется эйлеровой характеристикой многогранника.
Но на пяти правильных телах история многогранников не остановилась. Вслед за правильными телами Платона были открыты полуправильные тела Архимеда.
Архимедовыми телами называются полуправильные, однородные выпуклые многогранники, то есть выпуклые многогранники, все многогранные углы которых равны, а грани - правильные многогранники нескольких типов (этим они отличаются от платоновых тел, грани которых - правильные многоугольники одного типа). Открытие тринадцати полуправильных выпуклых многогранников приписывается Архимеду. Теорией этих тел занимался также Иоган Кеплер.
Простейшим примером архимедова многогранника может служить архимедова призма, т. е. правильная n-угольная призма с квадратными боковыми гранями.
Другой пример - так называемая п-угольная архимедова антипризма. Она может быть получена, если одно из оснований правильной n-угольной призмы (n>4) повернуть вокруг оси призмы на угол - и затем соединить отрезками каждую вершину этого основания с ближайшими вершинами другого основания; при этом высота призмы должна быть подобрана так, чтобы эти отрезки оказались равными стороне основания (иначе говоря, боковые грани антипризмы должны быть правильными треугольниками). Меняя n, мы получим две бесконечные серии архимедовых многогранников-призм и антипризм.
Самые простые фигуры получаются из правильных многогранников путём «усечения», состоящим в отсечении плоскостями углов многогранника.
Если срезать углы тетраэдра плоскостями, каждая из которых отсекает третью часть его рёбер, выходящих из одной вершины, то получим усечённы тетраэдр, имеющий восемь граней. Из них четыре – правильные шестиугольники и четыре – правильные треугольники. В каждой вершине этого многогранника сходятся три грани.
Обратим внимание на то, что поверхность футбольного мяча изготавливают в форме поверхности усечённого икосаэдра
Второй способ получения полуправильных многогранников заключается в отсекании частей куба плоскостью проходящей через середины его рёбер, выходящих из одной вершины. В результате получаем полуправильный многогранник, который называется кубооктаэдр. Его гранями являются шесть квадратов, как у куба, и восемь правильных треугольников, как у октаэдра.
Третий способ заключается в совмещение первого и второго метода. Отсекающие плоскости провести через середины рёбер, выходящих из одной вершины и операция «усечения».
Любопытно, что во второй половине XX в. было обнаружено еще одно тело Архимеда - псевдоромбокубооктаэдр, которое не может быть получено путем однотипных усечений тела Платона и поэтому в течение 2000 лет оставалось незамеченным.
В конце 50-х - начале 60-х годов XX века несколько математиков практически одновременно, независимо друг от друга указали на существование псевдоромбокубооктаэдра. Псевдоромбокубооктаэдр состоит из граней куба и октаэдра, к которым добавлены ещё 12 квадратов.
Весьма оригинальна космологическая гипотеза немецкого астронома Иоганна Кеплера, в которой он связал некоторые свойства Солнечной системы со свойствами правильных многогранников. Кеплер предположил, что расстояния между шестью известными тогда планетами выражаются через размеры пяти правильных выпуклых многогранников. Между каждой парой "небесных сфер", по которым, согласно этой гипотезе, вращаются планеты, Кеплер вписал одно из Платоновых тел. Вокруг сферы Меркурия, ближайшей к Солнцу планеты, описан октаэдр. Этот октаэдр вписан в сферу Венеры, вокруг которой описан икосаэдр. Вокруг икосаэдра описана сфера Земли, а вокруг этой сферы - додекаэдр.
Додекаэдр вписан в сферу Марса, вокруг которой описан тетраэдр. Вокруг тетраэдра описана сфера Юпитера, вписанная в куб. Наконец, вокруг куба описана сфера Сатурна. Эта модель выглядела для своего времени довольно правдоподобно. На данный момент эта теория полностью отвергнута.
Звёздчатый октаэдр. Он был открыт Леонардо Да Винчи, затем спустя почти 100 лет переоткрыт И.Кеплером, и назван им "Stella octangula" – звезда восьмиугольная. Отсюда октаэдр имеет и второе название "stella octangula Кеплера". У октаэдра есть только одна звездчатая форма. Её можно рассматривать как соединение двух тетраэдров.Большой звездчатый додекаэдр принадлежит к семейству тел Кеплера-Пуансо, то есть правильных невыпуклых многогранников. Грани большого звездчатого додекаэдра – пентаграммы, как и у малого звездчатого додекаэдра. У каждой вершины соединяются три грани. Вершины большого звездчатого додекаэдра совпадают с вершинами описанного додекаэдра. Большой звездчатый додекаэдр был впервые описан Кеплером в 1619 г.
Кеплер не додумался, что у полученной им фигуры есть двойник. Многогранник, который называется «большой додекаэдр» - построил французский геометр Луи Пуансон спустя двести лет после кеплеровских звездчатых фигур.
Звёздчатый икосаэдр . Икосаэдр имеет двадцать граней. Если каждую из них продолжить неограниченно, то тело будет окружено великим многообразием отсеков – частей пространства, ограниченных плоскостями граней. Все звездчатые формы икосаэдра можно получить добавлением к исходному телу таких отсеков. Не считая самого икосаэдра, продолжения его граней отделяют от пространства 20+30+60+20+60+120+12+30+60+60 отсеков десяти различных форм и размеров. Большой икосаэдр (см. рис) состоит из всех этих кусков, за исключением последних шестидесяти.
Икосододекаэдр имеет 32 грани из которых 12 являются правильными пятиугольными гранями, а остальные 20 – правильные треугольники.
Правильные многогранники на протяжении всей истории человечества не переставали восхищать пытливые умы симметрией, мудростью и совершенством своих форм.
«Полуправильные многогранники» - Пирамида. Правильные многогранники еще называют Платоновыми телами. Курносый додекаэдр. Тетраэдр. Икосаэдр. Куб. Правильные. Ромбоикосододэкаэдр. Перейти к следующему вопросу. Вспомним. Обучающая программа. Управляющие кнопки. Вы дали неверный ответ. Курносый куб. К какому из типов многогранников относится следующая формула V=a*b*c:
«Правильные многогранники в жизни» - История. Кусудама – бумажный цветочный шар. Евклид. Здание без углов. Примеры. Цели. Иоганн Кеплер. Достопримечательность Белоруссии. Правильные многогранники. Необычные построения. Новое чудо света. Многогранники в искусстве. Многогранники и кристаллы. Применение правильных многогранников в архитектуре.
«Виды правильных многогранников» - Механические головоломки. Египетские Пирамиды. Правильные многогранники и природа. Ученые, внесшие вклад в изучение правильных многогранников. Александрийский Маяк. Площадь икосаэдра. Основные формулы. Пифагор. Галикарнасский мавзолей. Многогранники в природе. Гексаэдр. Октаэдр. Площадь поверхности додекаэдра.
«Применение правильных многогранников» - Многогранники в искусстве. Использование в жизни. Многогранники в природе. Кеплер. Мир правильных многогранников. Группа «Историки». Евклид. Многогранники в математике. Архимед. Теорема Эйлера. История возникновения правильных многогранников. Заключение. Многогранники в архитектуре. Взаимосвязь «золотого сечения» и происхождения многогранников.
«Правильные многогранники в геометрии» - В кристаллографии существует раздел, который называется «геометрическая кристаллография». Лучи кристалла обуславливают икосаэдро-додекаэрическую структуру Земли, Гипотеза В.Макарова и В.Морозова: Тетраэдр-огонь. В местах пересечения рёбер располагаются очаги древних культур и цивилизаций, Многогранники вокруг нас.
«Симметрия правильных многогранников» - Правильный додекаэдр. Каждая вершина додекаэдра является вершиной трех правильных пятиугольников. Симметрия в искусстве. Тетраэдр не имеет центра симметрии, но имеет 3 оси симметрии и 6 плоскостей симметрии. Церковь Покрова Богородицы на Нерли. составлен из шести квадратов. Следовательно, сумма плоских углов при каждой вершине равна 240°.
Всего в теме 15 презентаций
Одно из древнейших упоминаний о правильных многогранниках находится в трактате Платона (до н. э.) "Тимаус". Поэтому правильные многогранники также называются платоновыми телами (хотя известны они были задолго до Платона). Каждый из правильных многогранников, а всего их пять. Платон ассоциировал с четырьмя "земными" элементами: земля (куб), вода (икосаэдр), огонь (тетраэдр), воздух (октаэдр), а также с "неземным" элементом - небом (додекаэдр).
Правильный многогранник, или Платоново тело это выпуклый многогранник с максимально возможной симметрией. Многогранник называется правильным, если: он выпуклый все его грани являются равными правильными многоугольниками в каждой его вершине сходится одинаковое число граней все его двухгранные углы равны
Отметим интересный факт, связанный с гексаэдром (кубом) и октаэдром. Куб имеет 6 граней, 12 ребер и 8 вершин, а октаэдр – 8 граней, 12 ребер и 6 вершин. То есть число граней одного многогранника равно числу вершин другого и наоборот. Как говорят, куб и гексаэдр являются двойственными друг к другу. Это также проявляется в том, что если взять куб и построить многогранник с вершинами в центрах его граней, то, как несложно убедиться, получится октаэдр. Верно и обратное – центры граней октаэдра служат вершинами куба. В этом-то и состоит двойственность октаэдра и куба (рис). Несложно сообразить, что если взять центры граней правильного тетраэдра, то мы вновь получим правильный тетраэдр (рис). Таким образом, тетраэдр двойственен самому себе.
Знаменитый математик и астроном Кеплер построил модель Солнечной системы как ряд последовательно вписанных и описанных правильных многогранников и сфер. Каков же порядок расположении планет (в соответствии с "требованиями" правильных многогранников) получился у Кеплера? В сферу орбиты Сатурна был вписан куб, в него - сфера орбиты Юпитера; в эту сферу вписался тетраэдр, в него - сфера орбиты Марса; далее: додекаэдр - сфера орбиты Земли - икосаэдр - сфера орбиты Венеры - октаэдр - сфера орбиты Меркурия.
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Многогранник – это такое тело, поверхность которого состоит из конечного числа плоских многоугольников.
Правильные многогранники
Сколько существует правильных многогранников? - Как они определяются, какими свойствами обладают? -Где встречаются, имеют ли практическое применение?
Выпуклый многогранник называется правильным, если все его грани - равные правильные многоугольники и в каждой его вершине сходится одно и то же число ребер.
«эдра» - грань «тетра» - четыре гекса» - шесть «окта» - восемь «додека» - двенадцать «икоса» - двадцать Названия этих многогранников пришли из Древней Греции и в них указано число граней.
Название правильного многогранника Вид грани Число вершин ребер граней граней, сходящихся в одной вершине Тетраэдр Правильный треугольник 4 6 4 3 Октаэдр Правильный треугольник 6 12 8 4 Икосаэдр Правильный треугольник 12 30 20 5 Куб (гексаэдр) Квадрат 8 12 6 3 Додекаэдр Правильный пятиугольник 20 30 12 3 Данные о правильных многогранниках
Вопрос (проблема): Сколько существует правильных многогранников? Как установить их количество?
α n = (180 °(n -2)) : n При каждой вершине многогранника не меньше трех плоских углов, и их сумма должна быть меньше 360 ° . Форма граней Количество граней при одной вершине Сумма плоских углов при вершине многогранника Вывод о существовании многогранника α = 3 α = 4 α = 5 α = 6 α = 3 α = 4 α = 3 α = 4 α = 3
Л. Кэрролл
Великие математики древности Архимед Евклид Пифагор
Подробно описал свойства правильных многогранников древнегреческий ученый Платон. Именно поэтому правильные многогранники называются тела Платона
тетраэдр - огонь куб - земля октаэдр - воздух икосаэдр - вода додекаэдр - вселенная
Многогранники в науках о космосе и земле
Иоганн Кеплер (1571-1630) – немецкий астроном и математик. Один из создателей современной астрономии - открыл законы движения планет (законы Кеплера)
кубок Кеплера Космический
" Экосаэдро - додекаэдровая структура Земли "
Многогранники в искусстве и архитектуре
Альбрехт Дюрер (1471-1528) «Меланхолия»
Сальвадор Дали «Тайная Вечеря»
Современные архитектурные сооружения в виде многогранников
Александрийский маяк
Кирпичный многогранник швейцарского архитектора
Современное здание в Англии
Многогранники в природе ФЕОДАРИЯ
Пирит (сернистый колчедан) Монокристалл алюмокалиевых квасцов Кристаллы красной медной руды ПРИРОДНЫЕ КРИСТАЛЛЫ
Поваренная соль состоит из кристаллов в форме куба Минерал сильвин также имеет кристаллическую решетку в форме куба. Молекулы воды имеют форму тетраэдра. Минерал куприт образует кристаллы в форме октаэдров. Кристаллы пирита имеют форму додекаэдра
Алмаз В форме октаэдра кристаллизуются алмаз, хлорид натрия, флюорит, оливин и другие вещества.
Исторически первой формой огранки, появившейся в XIV веке стал октаэдр. Алмаз Шах Масса алмаза 88,7 карата
Задача Английская королева дала указание сделать огранку вдоль ребер алмаза золотой нитью. Но огранка не была сделана, так как ювелир не сумел рассчитать максимальную длину золотой нити, а сам алмаз ему не показали. Ювелиру были сообщены следующие данные: число вершин В=54, число граней Г=48, длина наибольшего ребра L= 4мм. Найти максимальную длину золотой нити.
Правильный многогранник Число Граней Вершин Рёбер Тетраэдр 4 4 6 Куб 6 8 12 Октаэдр 8 6 12 Додекаэдр 12 20 30 Икосаэдр 20 12 30 Исследовательская работа «Формула Эйлера»
Теорема Эйлера. Для любого выпуклого многогранника В + Г - 2 = Р где В – число вершин, Г – число граней, Р – число ребер этого многогранника.
ФИЗМИНУТКА!
Задача Найдите угол между двумя ребрами правильного октаэдра, которые имеют общую вершину, но не принадлежат одной грани.
Задача Найти высоту правильного тетраэдра с ребром 12 см.
Кристалл имеет форму октаэдра, состоящего из двух правильных пирамид с общим основанием, ребро основания пирамиды 6 см. высота октаэдра 8 см. Найдите площадь боковой поверхности кристалла
Площадь поверхности Тетраэдр Икосаэдр Додекаэдр Гексаэдр Октаэдр
Задание на дом: mnogogranniki.ru Пользуясь развертками изготовить модели 1-го правильного многогранника со стороной 15 см, 1-го полуправильного многогранника
Спасибо за работу!