Шар, вписанный в многогранник. Многогранники, вписанные в сферу Какой многогранник называется вписанным в шар

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

муниципальное автономное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 45 Методическое пособие для учащихся 11 классов Составил учитель математики высшей категории Гавинская Елена Вячеславовна. г.Калининград 2016-2017 учебный год

2 слайд

Описание слайда:

Многогранники, вписанные в сферу. Тема, аналогична теме курса планиметрии, где говорилось, что окружности можно описать вокруг треугольников и правильных n-угольников. Аналогом окружности в пространстве является сфера, многоугольника – многогранник. При этом аналогом треугольника является треугольная призма, а аналогом правильных многоугольников – правильные многогранники. Определение. Многогранник называется вписанным в сферу, если все его вершины принадлежат этой сфере. Сама сфера называется описанной около многогранника.

3 слайд

Описание слайда:

«Около прямой призмы можно описать сферу тогда и только тогда, когда около основания этой призмы можно описать окружность». Доказательство Если около прямой призмы описана сфера, то все вершины основания призмы принадлежат сфере и, следовательно, окружности, являющейся линией пересечения сферы и плоскости основания. Обратно, пусть около основания прямой призмы описана окружность с центром в точке О1 и радиуса r. Тогда и около второго основания призмы можно описать окружность с центром в точке О2 и тем же радиусом. Пусть О1О2=d, О – середина O1O2. Тогда сфера с центром О и радиуса R= будет искомой описанной сферой. Теорема 1.

4 слайд

Описание слайда:

«Около любой треугольной пирамиды можно описать сферу, причём только одну». Доказательство. Обратимся к доказательству, аналогичному из курса планиметрии. Прежде всего надо найти геометрическое место точек, равноудалённых от двух вершин треугольника. Например, А и В. Таким геометрическим местом является серединный перпендикуляр, проведённый к отрезку АВ. Затем находим геометрическое место точек, равноудалённых от А и С. Это серединный перпендикуляр к отрезку АС. Точка пересечения этих серединных перпендикуляров и будет искомым центром О описанной около треугольника АВС окружности. Теорема 2.

5 слайд

Описание слайда:

Теперь рассмотрим пространственную ситуацию и сделаем аналогичные построения. Пусть дана треугольная пирамида DABC, причём точки А, В и С определяют плоскость α. Геометрическим местом точек, равноудаленных от точек А, В и С является прямая а, перпендикулярная плоскости α и проходящая через центр О1 описанной около треугольника АВС окружности. Геометрическим местом точек, равноудалённых от точек А и D, является плоскость β, перпендикулярная отрезку АD и проходящая через его вершину – точку Е. Плоскость β и прямая а пересекаются в точке О, которая и будет искомым центром описанной около треугольной пирамиды DABC сферы. Действительно, в силу построения точка О одинаково удалена от всех вершин пирамиды DABC. Причём такая точка будет единственной, так как пересекающиеся прямая и плоскость имеют единственную общую точку.

6 слайд

Описание слайда:

Шар, описанный около правильной пирамиды. Шар можно описать около любой правильной пирамиды. Центр шара лежит на прямой, проходящей через высоту пирамиды, и совпадает с центром окружности, описанной около равнобедренного треугольника, боковой стороной которого является боковое ребро пирамиды, а высотой – высота пирамиды. Радиус шара равен радиусу этой окружности. Радиус шара R, высота пирамиды H и радиус окружности r, описанной около основания пирамиды, связаны соотношением: R2=(H-R)2+r2 Это соотношение справедливо и в том случае, когда H < R.

7 слайд

Описание слайда:

Задача про шар, описанный около правильной пирамиды. «Около правильной пирамиды РABC описан шар с центром в точке О и радиусом 9√3м. Прямая РО, содержащая в себе высоту пирамиды, пересекает основание пирамиды в точке Н так, что РН:ОН=2:1. Найти объём пирамиды, если каждое её боковое ребро образует с плоскостью основания угол в 45 градусов».

8 слайд

Описание слайда:

Дано: РABC – правильная пирамида; шар(O;R=9√3 м) описан около пирамиды; РО∩(АВС)=Н; РН:ОН=2:1; ∟РАН=∟ РВН=∟ РСН=45о. Найти: Vпир. Решение: Так как РН:ОН=2:1 (по условию), то РН:ОР=2:3 РН:9√3 =2:3 РН=6√3 (м) 2. РН _ (АВС) (как высота пирамиды) => => РН _ АН (по определению) => РАН – прямоугольный. 3. В РАН:

9 слайд

Описание слайда:

4. Так как по условию РАВС – правильная пирамида и РН – её высота, то по определению АВС – правильный; Н – центр описанной около АВС окружности, значит, 5. Ответ: 486 м3.

10 слайд

Описание слайда:

Шар, описанный около призмы. Шар можно описать около призмы, если она прямая, и ее основания являются многоугольниками, вписанными в окружность. Центр шара лежит на середине высоты призмы, соединяющей центры окружностей, описанных около оснований призмы. Радиус шара R, высота призмы H и радиус окружности r, описанных около основания призмы, связаны соотношением:

11 слайд

Описание слайда:

Задача про шар, описанный около призмы. «Правильная призма АВСDA1B1C1D1 с высотой равной 6 см вписана в шар (т.О;R=5см). Найти площадь сечения призмы плоскостью, параллельной плоскостям основания и проходящей через точку О – центр шара».

12 слайд

Описание слайда:

Дано: ABCDA1B1C1D1 – правильная призма; шар(O;R=5 см) описан около призмы; высота призмы h равна 6 см; α║(АВС); О с α. Найти: Sсеч α, Решение: Так как по условию призма вписана в шар, то (r-радиус окружности, описанной около основания призмы) Но по условию дана правильная призма, значит,

13 слайд

Описание слайда:

а) (АВВ1) ║(СС1D1) (по свойству прямой призмы) α ∩ (АВВ1)=КМ α ∩ (СС1D1)=РН => KM ║ HP (по свойству параллельных плоскостей) Ho (BCC1) ║(ADD1) (по свойству прямой призмы) => КМ=НР (по свойству параллельных плоскостей). Значит, КМНР – параллелограмм (по признаку)=> МН=КР и МН ║ КР б) α ║ (АВС) (по построению) α ∩ (АВВ1)=КМ (АВС) ∩ (АВВ1)=АВ => KM ║ АВ (по свойству параллельных плоскостей) 2. 3. Так как по условию АВСDA1B1C1D1 – правильная призма, и сечение плоскостью α параллельно основаниям, то образованная сечением фигура – квадрат. Докажем это: => => =>

14 слайд

Описание слайда:

KMH= ABC=90o (как углы с соответственно сонаправленными сторонами) Значит, ромб КМНР – квадрат (по определению), что и требовалось доказать. Причём, квадраты КМНР и АВСD равны. Следовательно, по свойству их площади равны, а, значит, Sсеч α.=SABCD=32 (см2) Ответ: 32 см2. в) KM ║ АВ (доказали) (BCC1) ║(ADD1) (по свойству прямой призмы) => КМ=АВ=4√2 см (по свойству параллельных плоскостей). г) Аналогично доказывается, что МН ║ ВС и МН=ВС=4√2 см. Значит, МН=КМ => параллелограмм МНРК – ромб (по определению). д) МН ║ ВС (доказали) КМ ║ АВ (доказали) => =>

15 слайд

Описание слайда:

Цилиндр, описанный около призмы. Цилиндр можно описать около прямой призмы, если ее основание – многоугольник, вписанный в окружность. Радиус цилиндра R равен радиусу этой окружности. Ось цилиндра лежит на одной прямой с высотой H призмы, соединяющей центры окружностей, описанных около оснований призмы. В случае с четырёхугольной призмой (если в основании прямоугольник), ось цилиндра проходит через точку пересечения диагоналей оснований призмы.

16 слайд

Описание слайда:

Задача про цилиндр, описанный около призмы. Прямая призма АВСDA1B1C1D1 , основание которой – прямоугольник, вписана в цилиндр, образующая которого равна 7 см, а радиус – 3 см. Найти площадь боковой поверхности призмы, если угол между диагоналями АВСD равен 60 градусов. ОО1 – ось цилиндра.

17 слайд

Описание слайда:

Дано: ABCDA1B1C1D1 – прямая призма; цилиндр описан около призмы; образующая цилиндра АА1=7 см; радиус основания цилиндра равен 3 см; угол между диагоналями АВCD равен 60о; ОО1 – ось цилиндра. Найти: Sбок.призм. Решение: Так как по условию четырёхугольная призма, в основании которой прямоугольник, вписана в шар, то по свойству АС∩ВD=О. Значит, АОВ=60о и АО=ОВ=3см. 2. В АОВ по теореме косинусов.

Учитель математики средней школы №2,

города Талдыкоргана Н.Ю.Лозович

Открытый урок по геометрии

Тема урока: «Шар. Вписанные и описанные многогранники»

Цели урока:

- образовательная - обеспечить на уроке повторение, закрепление и проверку усвоения учащимися определений шара и сферы, и связанных с ними понятий (центр, радиусы, диаметры, диаметрально противоположные точки, касательные плоскости и прямые); понятий вписанного и описанного многогранников, знания теорем о сечении шара плоскостью (20.3), о симметрии шара (20.4), о касательной плоскости к шару (20.5), о пересечении двух сфер (20.6), о построении центра сферы описанной (вписанной) в правильную пирамиду и о построении центра сферы описанной около правильной призмы;

продолжить формирование умений самостоятельно применять всю совокупность этих знаний в вариативных ситуациях по образцу и нестандартных, требующих творческой деятельности;

воспитательная - воспитывать у учащихся ответственность за результаты учения, упорство в достижении цели, уверенность в своих силах, желание добиваться больших результатов, чувство прекрасного (красота геометрических форм, изящное, красивое решение задачи).

развивающая - развивать у учащихся: способность к конкретному и обобщенному мышлению, творческое и пространственное воображение; ассоциативность (способность опираться на разные связи: по сходству, аналогии, контрасту, причинно-следственные), умение логично и последовательно излагать свою мысль, потребность в учении и развитии, создать на уроке условия для проявления познавательной активности учащихся.

Тип урока

урок проверки и коррекции знаний и умений.

Методы обучения

Вступительная беседа (постановка цели урока, мотивация учебной деятельности учащихся, создание необходимой эмоционально - нравственной атмосферы, инструктаж учащихся по организации работы на уроке).

Фронтальный опрос (устная проверка знаний учащимися основных понятий, теорем, умений объяснять их сущность, аргументировать свои рассуждения).

Уровневая самостоятельная работа, исходящая из принципа постепенного нарастания уровня знаний и умений, т.е. от репродуктивного уровня до продуктивного и творческого. Сущность метода - постоянно контролируемая и поощряемая учителем индивидуальная самостоятельная работа учащихся.

Учебно-наглядные пособия

Стереометрические модели геометрических тел, плакаты, рисунки, дидактические карточки для индивидуальной самостоятельной работы.

Актуализация

а) Опорные знания.

Необходимо активизировать понятия: касательной к окружности, выпуклых многоугольников, вписанных в окружность и описанных около окружности, вычисление радиусов вписанных и описанных окружностей для правильных многоугольников из планиметрии; из курса 10-го класса определение симметрии относительно плоскости, понятие фигур, симметричных относительно точки, оси (прямой), плоскости.

б) Способы формирования мотивов, возбуждения интереса.

Во вступительной беседе обеспечить осознание цели учениками, вызнать их личное заинтересованное отношение к ее достижению, раскрыть значение цели для самих школьников, подчеркнуть значимость этой темы не только самой по себе, но и ее пропедевтический характер для изучения следующей темы, насытить урок материалом эмоционального характера (красота геометрических форм, мыльные пузыри, Земля и Луна); подчеркнуть уровневый характер самостоятельной работы: с одной стороны, таким образом будет обеспечен высокий научный уровень изучаемого материала, а с другой стороны - доступность, пера учащихся в то, что каждый из них имеет право на педагогическую поддержку («страховку») по выявлению, анализу реальных или потенциальных проблем ребенка, совместному проектированию возможного выхода из них; рейтинговая система оценки знаний является дополнительным стимулом для ребят.

в) Формы контроля за ходом работы, взаимоконтроля. Взаимоконтроль (обмен тетрадями) осуществляется после выполнения учащимися первой части 1-го (ученического) уровня самостоятельной работы - письменных ответов учеников на устные вопросы учителя (математический диктант).

После взаимообмена тетрадями вслух проговариваются все правильные ответы (по возможности используются наглядные пособия: модели стереометрических тел, рисунки, плакаты). Затем ребята приступают к рейтинговой оценке выполнения первой части самостоятельной работы: правильный полный ответ оценивается в 1 балл, если есть несущественные замечания, то - 0,5 балла, в Противном случае - 0 баллов. Количество набранных баллов каждым учеником фиксируется на доске учителем. После чего ребята приступают к работе по индивидуальным карточкам. Те, кто выполнил задания 1-го уровня и получил от учителя «добро», Переходят к выполнению задания следующего уровня. Успех решения Задачи не должен оставаться без внимания, поощрения, похвалы. Параллельно учитель проводит коррекционную работу: понимая сильные и слабые стороны ученика, помогает ему опереться на свои силы и дополняет его там, где школьник, как бы ни старался, объективно пока с чем-то справиться не может.

При проверке работы используется следующая система обозначений:

Задача не решена;

Задача не решена, но в работе есть некоторые разумные соображения;

Дан только ответ в задаче, где одного ответа явно недостаточно;

± - задача решена, но решение содержит мелкие пропуски и неточности;

Задача полностью решена;

+! – решение задачи содержит неожиданные яркие идеи.

Большое значение придается листу открытого учета деятельности ребят, который заполняется по мере выполнения самостоятельной работы.

Таким образом обеспечиваются непременные условия оценивания знаний учащихся на уроках - объективность, оперативность, доброжелательность и гласность.

I уровень

Математический диктант.

1) I вариант. Каким свойством обладают все вершины вписанного в сферу многогранника?

II вариант. Каким свойством обладает каждая грань вписанного в сферу многогранника?

2) I вариант. Если около какого-то многогранника можно описать сферу, то как построить ее центр?

II вариант. О коло каких параллелепипедов можно описать сферу? Ответ поясните.

3) I вариант. Где лежит центр сферы, описанной около правильной п -угольной призмы?

II вариант. Где лежит центр сферы, описанной около правильной пирамиды?

4) I вариант. Как построить центр сферы, вписанной в правильную n -угольную пирамиду?

// вариант. В любую ли правильную призму можно вписать сферу?

I вариант

I уровень

Радиус шара 6 см, через конец радиуса проведена плоскость под углом 60° к нему. Найдите площадь сечения.

II уровень

Правильная четырехугольная призма вписана в шар радиуса 5 см. Ребро основания призмы равно 4 см. Найдите высоту призмы.

III уровень

Вычислите радиус сферы, вписанной в правильный тетраэдр с ребром 4см.

IV уровень

Шар радиуса R вписан в усеченный конус. Угол наклона образующей к плоскости нижнего основания конуса равен а. Найдите радиусы оснований и образующую усеченного конуса.

II вариант

I уровень

Шар, радиус которого 10 см, пересечен плоскостью на расстоянии 6 см от центра. Найдите площадь сечения.

II уровень

Найдите радиус шара, описанного около куба со стороной 4 см.

III уровень.

а. Найдите радиус описанного шара.

IV уровень

Шар радиуса R вписан в усеченный конус. Угол наклона образующей к плоскости нижнего основания конуса равен а. Найдите радиусы оснований и образующую усеченного конуса.

Ш вариант

I уровень

Через середину радиуса шара проведена перпендикулярная ему плоскость. Как относится площадь большого круга к площади полученного сечения?

II уровень

Правильная треугольная призма вписана в шар радиуса 4 см. Ребро основания призмы равно 3 см. Найдите высоту призмы.

III уровень

В правильной четырехугольной пирамиде сторона основания равна 4 см, а плоский угол при вершине равен а. Найдите радиус вписанного шара.

IV уровень

В шар радиуса R вписана правильная треугольная пирамида с плоскими углами а при ее вершине. Найдите высоту пирамиды.

IV вариант

I уровень

На поверхности шара даны три точки. Прямолинейные расстояния между ними 6см, 8см, 10 см. Радиус шара 11 см. Найдите расстояние от центра шара до плоскости, проходящей через эти точки.

II уровень

Правильная шестиугольная призма вписана в шар радиуса 5 см. Ребро основании призмы равно 3 см. Найдите высоту приемы.

Ш уровень

Найдите радиус шара, описанного около правильной n-угольной пирамиды, если сторона основания равна 4 см, а боковое ребро наклонено к плоскости основания под утлом а.

IV уровень

В шар радиуса R вписана правильная треугольная пирамида с плоскими углами а при ее вершине. Найдите высоту пирамиды.

Итог урока

Объявляются и анализируются результаты выполнения самостоятельной работы. Учащиеся, которые нуждаются в коррекционной работе, приглашаются на уроки коррекции.

Задается домашнее задание (с необходимыми комментариями), состоящее из обязательной и вариативной частей.

Обязательная часть: п. 187 - 193 - повторить; №44,45,39

Вариативная часть № 35

Многогранники, вписанные в сферу Многогранник называется вписанным в сферу, если все его вершины принадлежат этой сфере. Сама сфера при этом называется описанной около многогранника. Теорема. Около пирамиды можно описать сферу тогда и только тогда, когда около основания этой пирамиды можно описать окружность.

Многогранники, вписанные в сферу Теорема. Около прямой призмы можно описать сферу тогда и только тогда, когда около основания этой призмы можно описать окружность. Ее центром будет точка O, являющаяся серединой отрезка, соединяющего центры окружностей, описанных около оснований призмы. Радиус сферы R вычисляется по формуле где h – высота призмы, r – радиус окружности, описанной около основания призмы.

Упражнение 3 Основанием пирамиды служит правильный треугольник, сторона которого равна 3. Одно из боковых ребер равно 2 и перпендикулярно плоскости основания. Найдите радиус описанной сферы. Решение. Пусть O – центр описанной сферы, Q – центр окружности, описанной около основания, E – середина SC. Четырехугольник CEOQ – прямоугольник, в котором CE = 1, CQ = Следовательно, R=OC=2. Ответ: R = 2.

Упражнение 4 На рисунке изображена пирамида SABC, для которой ребро SC равно 2 и перпендикулярно плоскости основания ABC, угол ACB равен 90 о, AC = BC = 1. Постройте центр сферы, описанной около этой пирамиды и найдите ее радиус. Решение. Через середину D ребра AB проведем прямую, параллельную SC. Через середину E ребра SC проведем прямую параллельную CD. Их точка пересечения O будет искомым центром описанной сферы. В прямоугольном треугольнике OCD имеем: OD = CD = По теореме Пифагора, находим

Упражнение 5 Найдите радиус сферы, описанной около правильной треугольной пирамиды, боковые ребра которой равны 1, и плоские углы при вершине равны 90 о. Решение. В тетраэдре SABC имеем: AB = AE = SE = В прямоугольном треугольнике OAE имеем: Решая это уравнение относительно R, находим

Упражнение 4 Найдите радиус сферы, описанной около прямой треугольной призмы, в основании которой прямоугольный треугольник с катетами, равными 1, и высота призмы равна 2. Ответ: Решение. Радиус сферы равен половине диагонали A 1 C прямоугольника ACC 1 A 1. Имеем: AA 1 = 2, AC = Следовательно, R =

Упражнение Найдите радиус сферы, описанной около правильной 6-угольной пирамиды, ребра основания которой равны 1, а боковые ребра - 2. Решение. Треугольник SAD – равносторонний со стороной 2. Радиус R описанной сферы равен радиусу окружности, описанной около треугольника SAD. Следовательно,

Упражнение Найдите радиус сферы, описанной около единичного икосаэдра. Решение. В прямоугольнике ABCD AB = CD = 1, BC и AD – диагонали правильных пятиугольников со сторонами 1. Следовательно, BC = AD = По теореме Пифагора AC = Искомый радиус равен половине этой диагонали, т.е.

Упражнение Найдите радиус сферы, описанной около единичного додекаэдра. Решение. ABCDE – правильный пятиугольник со стороной В прямоугольнике ACGF AF = CG = 1, AC и FG – диагонали пятиугольника ABCDE и, следовательно, AC = FG = По теореме Пифагора FC = Искомый радиус равен половине этой диагонали, т.е.

Упражнение На рисунке изображен усеченный тетраэдр, получаемый отсечением от углов правильного тетраэдра треугольных пирамид, гранями которого являются правильные шестиугольники и треугольники. Найдите радиус сферы, описанной около усеченного тетраэдра, ребра которого равны 1.

Упражнение На рисунке изображен усеченный октаэдр, получаемый отсечением от углов октаэдра треугольных пирамид, гранями которого являются правильные шестиугольники и треугольники. Найдите радиус сферы, описанной около усеченного октаэдра, ребра которого равны 1. Упражнение На рисунке изображен усеченный икосаэдр, получаемый отсечением от углов икосаэдра пятиугольных пирамид, гранями которого являются правильные шестиугольники и пятиугольники. Найдите радиус сферы, описанной около усеченного икосаэдра, ребра которого равны 1.
Упражнение На рисунке изображен усеченный додекаэдр, получаемый отсечением от углов додекаэдра треугольных пирамид, гранями которого являются правильные десятиугольники и треугольники. Найдите радиус сферы, описанной около усеченного додекаэдра, ребра которого равны 1.
Упражнение Найдите радиус сферы, описанной около единичного кубооктаэдра. Решение. Напомним, что кубооктаэдр получается из куба отсечением правильных треугольных пирамид с вершинами в вершинах куба и боковыми ребрами, равными половине ребра куба. Если ребро октаэдра равно 1, то ребро соответствующего куба равно Радиус описанной сферы равен расстоянию от центра куба до середины его ребра, т.е. равен 1. Ответ: R = 1.

Тип урока: Урок ознакомления с новым материалом.

Цели урока:

Ввести понятие сферы, вписанной в многогранник; сферы, описанной около многогранника.

Сравнить описанную окружность и описанную сферу, вписанную окружность и вписанную сферу.

Проанализировать условия существования вписанной сферы и описанной сферы.

Сформировать навыки решения задач по теме.

Развитие у учащихся навыков самостоятельной работы.

Развитие логического мышления, алгоритмической культуры, пространственного воображения, развитие математического мышления и интуиции, творческих способностей на уровне, необходимом для продолжения образования и для самостоятельной деятельности в области математики и ее приложений в будущей профессиональной деятельности.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Описанная окружность.

Определение: Если все вершины многоугольника лежат на окружности, то окружность называется описанной около многоугольника , а многоугольник – вписанным в окружность.

Теорема. Около любого треугольника можно описать окружность и притом только одну.

В отличие от треугольника около четырехугольника не всегда можно описать окружность. Например: ромб.

Теорема. В любом вписанном четырехугольнике сумма противоположных углов равна 180 0 .

Если сумма противоположных углов четырехугольника равна 180 0 , то около него можно описать окружность.

Для того чтобы четырехугольник АВСD был вписанным, необходимо и достаточно, выполнения любого из следующих условий:

• ABCD выпуклый четырехугольник и ∟ABD=∟ACD;
• Сумма двух противоположных углов четырехугольника равна 180 0 .

Центр окружности равноудален от каждой из его вершин и поэтому совпадает с точкой пересечения серединных перпендикуляров к сторонам многоугольника, а радиус равен расстоянию от центра до вершин.

Для треугольника: Для правильного многоугольника:

Вписанная окружность.

Определение: Если все стороны многоугольника касаются окружности, то окружность называется вписанной в многоугольник, а многоугольник – описанным около этой окружности.

Теорема. В любой треугольник можно вписать окружность и притом только одну.

Не во всякий четырехугольник можно вписать окружность. Например: прямоугольник, не являющийся квадратом.

Теорема. В любом описанном четырехугольнике суммы длин противоположных сторон равны.

Если суммы длин противоположных сторон выпуклого четырехугольника равны, то в него можно вписать окружность.

Для того чтобы выпуклый четырехугольник ABCD являлся описанным, необходимо и достаточно, чтобы выполнялось условие AB+DC=BC+AD (суммы длин противоположных сторон равны).

Центр окружности равноудален от сторон многоугольника, значит, совпадает с точкой пересечения биссектрис углов многоугольника (свойство биссектрисы угла). Радиус равен расстоянию от центра окружности до сторон многоугольника.

Для треугольника: Для правильного

Многоугольника:

Предварительный просмотр:

Вписанная сфера.

Определение: Сфера называется вписанной в многогранник, если она касается всех граней многогранника. Многогранник в таком случае называется описанным около сферы.

Центр вписанной сферы – точка пересечения биссекторных плоскостей всех двугранных углов.

Сфера называется вписанной в двугранный угол, если она касается его граней. Центр вписанной в двугранный угол сферы лежит на биссекторной плоскости этого двугранного угла. Сфера называется вписанной в многогранный угол, если она касается всех граней многогранного угла.

Не во всякий многогранник можно вписать сферу. Например: в прямоугольный параллелепипед, не являющийся кубом, сферу вписать нельзя.

Теорема . В любую треугольную пирамиду можно вписать сферу и притом только одну.

Доказательство. Рассмотрим треугольную пирамиду CABD. Проведем биссекторные плоскости ее двугранных углов с ребрами AС и BC. Они пересекаются по прямой, которая пересечет биссекторную плоскость двугранного угла с ребром АВ. Таким образом, биссекторные плоскости двугранных углав с ребрами АВ,АС и ВС имеют единственную общую точку. Обозначим ее Q. Точка Q равноудалена от всех граней пирамиды. Следовательно, сфера соответствующего радиуса с центром в точке Q является вписанной в пирамиду САBD.

Докажем ее единственность. Центр любой сферы вписанной в пирамиду CABD равноудален от ее граней, значит, он принадлежит биссекторным плоскостям двугранных углов. Следовательно, центр сферы совпадает с точкой Q. Что требовалось доказать.

Теорема. В пирамиду, у которой в основание можно вписать окружность, центр которой служит основанием высоты пирамиды, можно вписать сферу.

Следствие. В любую правильную пирамиду можно вписать сферу.

Докажите, что центр сферы вписанной в правильную пирамиду, лежит на высоте этой пирамиды (докажите самостоятельно).

Центр сферы, вписанной в правильную пирамиду, есть точка пересечения высоты пирамиды с биссектрисой угла, образованного апофемой и ее проекцией на основание.

Задача. а , высота равна h.

Решите задачу.

Задача. 0

Предварительный просмотр:

Описанная сфера.

Определение. Сфера называется описанной около многогранника, если________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________. Многогранник при этом называется _______________________________________.

Каким свойством обладает центр описанной сферы?

Определение. Геометрическим местом точек пространства, равноудаленных от концов некоторого отрезка, является ___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________.

Приведите пример многогранника, около которого нельзя описать сферу: ________________________ __________________________________________________________________________________________________________ .

Около какой пирамиды можно описать сферу?

Теорема. ____________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ .

Доказательство. Рассмотрим треугольную пирамиду ABCD. Построим плоскости, перпендикулярные соответственно ребрам АВ, АС и AD и проходящие через их середины. Обозначим через О точку пересечения этих плоскостей. Такая точка существует, и она единственна. Докажем это. Возьмем первые две плоскости. Они пересекаются, поскольку перпендикулярны непараллельным прямым. Обозначим прямую, по которой пересекаются первые две плоскости, через l . Эта прямая l перпендикулярна плоскости АВС. Плоскость, перпендикулярная AD, не параллельна l и не содержит ее, поскольку в противном случае прямая AD перпендикулярна l , т.е. лежит в плоскости АВС. Точка О равноудалена от точек А и В, А и С, А и D, значит, она равноудалена ото всех вершин пирамиды ABCD, т. е. сфера с центром в О соответствующего радиуса является описанной сферой для пирамиды.

Докажем ее единственность. Центр любой сферы, проходящей через вершины пирамиды, равноудален от этих вершин, значит, он принадлежит плоскостям, которые перпендикулярны ребрам пирамиды и проходят через середины этих ребер. Следовательно, центр такой сферы совпадает с точкой О. Теорема доказана.

Около какой еще пирамиды можно описать сферу?

Теорема. _____________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________.

Центр сферы, описанной около пирамиды, совпадает с точкой пересечения прямой, перпендикулярной основанию пирамиды, проходящей через центр описанной около основания окружности и плоскости, перпендикулярной любому боковому ребру, проведенной через середину этого ребра.

Для того чтобы около многогранника можно было описать сферу необходимо, __________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________.

При этом центр описанной сферы может лежать ___________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ и проектируется в центр описанной около любой грани окружности; перпендикуляр, опущенный из центра описанной около многогранника сферы на ребро многогранника, делит это ребро пополам.

Следствие. ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ .

Центр сферы, описанной около правильной пирамиды, лежит ________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________.

Проанализируйте решение задачи.

Задача. В правильной четырехугольной пирамиде сторона основания равна а , высота равна h. Найдите радиус сферы, описанной около пирамиды.

Решите задачу.

Задача. 0

Предварительный просмотр:

Открытый урок по теме «Вписанные и описанные многогранники»

Тема урока: Сфера, вписанная в пирамиду. Сфера, описанная около пирамиды.

Тип урока: Урок ознакомления с новым материалом.

Цели урока:

• Развитие у учащихся навыков самостоятельной работы.
• Развитие логического мышления, алгоритмической культуры, пространственного воображения, развитие математического мышления и интуиции, творческих способностей на уровне, необходимом для продолжения образования и для самостоятельной деятельности в области математики и ее приложений в будущей профессиональной деятельности;

Оборудование:

• Интерактивная доска
• Презентация «Вписанная и описанная сфера»
• Условия задач в рисунках на доске.
• Раздаточный материал (опорные конспекты).

1. Планиметрия. Вписанная и описанная окружность.
2. Стереометрия. Вписанная сфера
3. Стереометрия. Описанная сфера

Структура урока:

• Постановка целей урока (2 минуты).
• Подготовка к изучению нового материала повторением (фронтальный опрос) (6 минут).
• Объяснение нового материала (15 минут)
• Осмысление темы при самостоятельном составлении конспекта по теме «Стереометрия. Описанная сфера» и применение темы при решении задач (15 минут).
• Подведение итогов урока проверкой знания и понимания изученной темы (фронтальный опрос). Оценка ответов учащихся (5 минут).
• Постановка домашнего задания (2 минуты).
• Резервные задания.

Ход урока

1. Постановка целей урока.

• Ввести понятие сферы, вписанной в многогранник; сферы, описанной около многогранника.
• Сравнить описанную окружность и описанную сферу, вписанную окружность и вписанную сферу.
• Проанализировать условия существования вписанной сферы и описанной сферы.
• Сформировать навыки решения задач по теме.

2. Подготовка к изучению нового материала повторением (фронтальный опрос).

Окружность, вписанная в многоугольник.

• Какая окружность называется вписанной в многоугольник?
• Как называется многоугольник, в который вписана окружность?
• Какая точка является центром окружности, вписанной в многоугольник?
• Каким свойством обладает центр окружности, вписанной в многоугольник?
• Где располагается центр окружности, вписанной в многоугольник?
• Какой многоугольник можно описать около окружности, при каких условиях?

Окружность, описанная около многоугольника.

• Какая окружность называется описанной около многоугольника?
• Как называется многоугольник, около которого описана окружность?
• Какая точка является центром окружности, описанной около многоугольника?
• Каким свойством обладает центр окружности, описанной около многоугольника?
• Где может располагаться центр окружности, описанной около многоугольника?
• Какой многоугольник можно вписать в окружность и при каких условиях?

3. Объяснение нового материала.

А . По аналогии учащиеся формулируют новые определения и отвечают на поставленные вопросы.

Сфера, вписанная в многогранник.

• Сформулируйте определение сферы, вписанной в многогранник.
• Как называется многогранник, в который можно вписать сферу?
• Каким свойством обладает центр вписанной в многогранник сферы?
• Что представляет множество точек пространства, равноудаленных от граней двугранного угла? (трехгранного угла?)
• Какая точка является центром сферы, вписанной в многогранник?
• В какой многогранник можно вписать сферу, при каких условиях?

В . Учащиеся доказывают теорему.

В любую треугольную пирамиду можно вписать сферу.

В процессе работы на уроке учащиеся пользуются опорными конспектами.

С. Учащиеся анализируют решение задачи.

В правильной четырехугольной пирамиде сторона основания равна а , высота равна h. Найдите радиус сферы, вписанной в пирамиду.

D. Учащиеся решают задачу.

Задача. В правильной треугольной пирамиде сторона основания равна 4, боковые грани наклонены к основанию под углом 60 0 . Найдите радиус, вписанной в эту пирамиду сферы.

4. Осмысление темы при самостоятельном составлении конспекта по « Сфера, описанная около многогранника » и применение при решении задач.

А. У чащиеся самостоятельно заполняют конспект по теме «Сфера, описанная около многогранника». Отвечают на следующие вопросы:

• Сформулируйте определение сферы, описанной около многогранника.
• Как называется многогранник, около которого можно описать сферу?
• Каким свойством обладает центр описанной около многогранника сферы?
• Что представляет собой множество точек пространства, равноудаленных от двух точек?
• Какая точка является центром сферы, описанной около многогранника?
• Где может быть расположен центр сферы, описанной около пирамиды? (многогранника?)
• Около какого многогранника можно описать сферу?

В. Учащиеся самостоятельно решают задачу.

Задача. В правильной треугольной пирамиде сторона основания равна 3, а боковые ребра наклонены к основанию под углом 60 0 . Найдите радиус описанной около пирамиды сферы.

С. Проверка составленного конспекта и анализ решения задачи.

5. Подведение итогов урока проверкой знания и понимания изученной темы (фронтальный опрос). Оценка ответов учащихся.

А. Учащиеся самостоятельно подводят итоги урока.

В. Отвечают на дополнительные вопросы.

• Можно ли описать сферу около четырехугольной пирамиды, в основании которой лежит ромб, не являющийся квадратом?
• Можно ли описать сферу около прямоугольного параллелепипеда? Если да, то где находится его центр?
• Где в жизни применяется изученная на уроке теория (архитектура, сотовая телефонная связь, геостационарные спутники, система обнаружения GPS).

6. Постановка домашнего задания.

А. Составить конспект по теме «Сфера, описанная около призмы. Сфера, вписанная в призму». (Рассмотреть по учебнику задачи: №632,637,638)

В. Решить из учебника задачу № 640.

С. Из методички Б.Г. Зив «Дидактические материалы по геометрии 10 класс» решить задачи: Вариант №3 С12(1), Вариант №4 С12(1).

D. Дополнительное задание: Вариант №5 С12 (1).

7. Резервные задания.

Из методички Б.Г. Зив «Дидактические материалы по геометрии 10 класс»решить задачи: Вариант №3 С12(1), Вариант №4 С12(1).

Учебно – методический комплект

1. Геометрия, 10-11: Учебник для общеобразовательных учреждений. Базовый и профильный уровни/ Л.С. Атанасян, В.Ф. Бутузов, С.Б. Кадомцев и др., М.: Просвещение, 2010г.
2. Б.Г. Зив «Дидактические материалы по геометрии 10 класс», М.: Просвещение.

   Повторение Окружность, описанная около многоугольника Какая окружность называется описанной около многоугольника? Что является центром окружности, описанной около многоугольника? Каким свойством обладает центр окружности, описанной около многоугольника? Где располагается центр окружности, описанной около многоугольника? Какой многоугольник можно вписать в окружность и при каких условиях?

   Повторение Окружность, вписанная в многоугольник Какая окружность называется вписанной в многоугольник? Что является центром окружности, вписанной в многоугольник? Каким свойством обладает центр окружности, вписанной в многоугольник? Где располагается центр окружности, вписанной в многоугольник? Какой многоугольник можно описать около окружности, при каких условиях?

   Сфера, вписанная в многогранник Сформулируйте определение сферы, вписанной в многогранник. Как называется многогранник? Каким свойством обладает центр вписанной сферы? Где расположено множество точек пространства, равноудаленных от граней двугранного угла? (трехгранного угла)? В какой многогранник можно вписать сферу?

   Сфера, вписанная в пирамиду

   Сфера, описанная около многогранника Сформулируйте определение сферы, описанной около многогранника. Как называется многогранник? Каким свойством обладает центр описанной сферы? Где расположено множество точек пространства, равноудаленных от двух точек? Где расположен центр сферы, описанной около пирамиды? (многогранника?) Около какого многогранника можно описать сферу?

   Сфера, описанная около пирамиды

   Подведение итогов урока. Можно ли описать сферу около четырехугольной пирамиды, в основании которой лежит ромб, не являющийся квадратом? Можно ли описать сферу около прямоугольного параллелепипеда? Если да, то где находится его центр?

   Домашнее задание. Составить конспект по теме «Сфера, описанная около призмы. Сфера, вписанная в призму». (Рассмотреть по учебнику задачи: №632,637,638) Решить из учебника задачу № 640. Из методички решить задачи: Вариант №3 С12(1), Вариант №4 С12(1).

   
   

   «Объём шара» - Объем параболического сегмента. Найдите объем шара, вписанного в правильный тетраэдр с ребром 1. В конус, радиус основания которого равен 1, а образующая равна 2, вписан шар. Сечение шара плоскостью, отстоящей от центра шара на расстоянии 8 см, имеет радиус 6 см. Объем шарового сегмента высоты h, отсекаемого от шара радиуса R, выражается формулой.

   «Окружность круг сфера шар» - Колесо. Ребята, вы все сейчас становитесь членами вычислительного центра. По аналогии с окружностью объясните, что такое: а)радиус; б)хорда; в)диаметр сферы. Найдите площадь поверхности шара радиусом 3м. Диаметр. Центр шара (сферы). Шар и сфера. Шар. Вспомните, как определяется окружность. Попробуйте дать определение сферы, используя понятия расстояния между точками.

   «Правильные многогранники» - Сумма плоских углов икосаэдра при каждой вершине равна 300?. Правильные многогранники – самые «выгодные» фигуры. Сумма плоских углов куба при каждой вершине равна 270?. Правильный октаэдр. Икосаэдро-додекаэдровая структура Земли. Куб – самая устойчивая из фигур. Правильный додекаэдр. Правильные выпуклые многогранники.

   «Шар» - Исследовательская деятельность во внеурочное время. Задача №1. Конус. Повторение теоретических положений. В правильную четырехугольную пирамиду вписан шар. Поверхность шара называется сферой. Пирамида. В своей работе мы: Исследова-тельская практика, процесс работы над темой. Работа в кружках, на факульта-тивах.

   «Вписанная и описанная окружность» - АРХИМЕД (287-212 ДО Н.Э.) – древнегреческий математик и механик. Описанная и вписанная окружности. Мы можем ответить на проблемные вопросы. Круг. При увеличении числа сторон правильного многоугольника угол многоугольника увеличивается. Древние математики не владели понятиями математического анализа.

   «Сфера и шар» - Сечение, проходящее через центр шара, - большой круг. (диаметральное сечение). Астрономические наблюдения над небесным сводом неизменно вызывали образ сферы. Сфера всегда широко применялось в различных областях науки и техники. Касательная плоскость к сфере. Общие понятия. На поверхности шара даны три точки.