Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Wprowadźmy definicję przekroju bryły.

Przekrój bryły
Definicja: Przekrój bryły

Przekrojem bryły płaszczyzną nazywamy figurę, która jest częścią wspólną płaszczyzny i tej bryły.

W materiale omówimy przykłady przekrojów graniastosłupa prawidłowego czworokątnegograniastosłup prawidłowy czworokątnygraniastosłupa prawidłowego czworokątnego.

Przypomnijmy definicję oraz wzory dotyczące graniastosłupa prawidłowego czworokątnego.

Graniastosłup prawidłowy czworokątny
Definicja: Graniastosłup prawidłowy czworokątny

Graniastosłup, którego podstawą jest kwadrat, a ściany boczne są prostokątami, nazywamy graniastosłupem prawidłowym czworokątnym.

RdNrgjJpjP1Cy

Przyjmując oznaczenia, jak na rysunku, pole powierzchni całkowitej graniastosłupa prawidłowego czworokątnego wyraża się wzorem:

P=2·a2+4·a·h

Objętość graniastosłupa prawidłowego czworokątnego z rysunku obliczamy ze wzoru:

V=a2·h

Wybrane przekroje graniastosłupa prawidłowego czworokątnego.

  1. Przekroje graniastosłupa prawidłowego czworokątnego, będące trójkątami:

  • przekrój płaszczyzną zawierającą przekątną podstawy oraz przekątną ściany bocznej

    R1Erj2paI2tZg

    Przekrojem jest trójkąt równoramienny, którego ramiona są przekątnymi sąsiednich ścian bocznych, a podstawą przekątna podstawy graniastosłupa.

    R1Z7EnH7bhIFj

  • przekrój płaszczyzną przechodzącą przez przez przekątną podstawy i środek krawędzi bocznej

    RwBgyzyDexfgk

    Przekrojem jest trójkąt równoramienny o podstawie będącej przekątną podstawy graniastosłupa i ramionach, będących przeciwprostokątnymi trójkątów prostokątnych o przyprostokątnych a12h.

    RrMppHbJH18Wm

  1. Przekroje graniastosłupa prawidłowego czworokątnego, będące czworokątami:

  • przekrój płaszczyzną równoległą do podstaw

    RcaBWiBFuR6Dt

    Przekrojem jest kwadrat o boku równym długości krawędzi podstawy graniastosłupa.

    R19ZfTvi9tNpU

  • przekrój płaszczyzną zawierającą przekątne podstaw

    R1aRVOmdfdVPy

    Przekrojem jest prostokąt o bokach długości przekątnej podstawy graniastosłupa i krawędzi bocznej.

    RXJlG0ojM0y27

  • przekrój płaszczyzną przechodzącą przez przez przekątne przeciwległych ścian bocznych.

    R1PnVaWXydYFz

Przekrojem jest prostokąt, ponieważ jego dwa boki są równoległymi krawędziami podstawy graniastosłupa, a kolejne dwa równoległymi przekątnymi ścian bocznych oraz kąt pomiędzy krawędzią podstawy graniastosłupa, a przekątną ściany bocznej jest prosty.

R5jjrmgE3dC8b
  • przekrój płaszczyzną przechodzącą przez krawędź podstawy i środki dwóch krawędzi bocznych.

    RtqhfoyVaunPn

    Przekrojem jest prostokąt, którego jedna para boków jest równa długości krawędzi podstawy graniastosłupa, a drugą parę boków stanowią odcinki, których długość jest równa długości przeciwprostokątnej trójkąta prostokątnego o przyprostokątnych a12h.

    R1Dr2uNcOlzdO

  1. Przekroje graniastosłupa prawidłowego czworokątnego, będące pięciokątami:

  • przekrój płaszczyzną przechodzącą przez środki dwóch sąsiednich krawędzi podstawy i przecinającą trzy krawędzie boczne.

    RCee5XrB4MrfD

    Przekrojem jest pięciokąt o jednym z boków długości a22.

RNta57waPxQEe
  1. Przekroje graniastosłupa prawidłowego czworokątnego, będące sześciokątami:

  • przekrój płaszczyzną przechodzącą przez dwie krawędzie dolnej i górnej podstawy oraz dwie krawędzie boczne.

    RKlQNLKnOq7d3

    Przekrojem jest sześciokąt.

    R7OPPXQOdE49n

Przykład 1

Obliczymy długości boków przekroju graniastosłupa prawidłowego czworokątnego z rysunku, wiedząc o tym, że płaszczyzna przekroju przechodzi przez środki krawędzi bocznych.

R96zJZdhTV5JO

Rozwiązanie:

Przekrój przedstawiony na rysunku jest prostokątem o jednym boku, będącym krawędzią podstawy graniastosłupa. Do wyznaczenia długości drugiego boku korzystamy z twierdzenia Pitagorasa.

R3os3s1b0IkSK

Zatem:

32102+82=x2

x2=904+64=3464

x=3464=3462

Wobec tego przedstawiony przekrój graniastosłupa prawidłowego czworokątnego jest prostokątem o bokach 83462.

Przykład 2

Wyznaczymy długości boków przekroju graniastosłupa prawidłowego czworokątnego z rysunku, jeżeli wiadomo, że płaszczyzna przekroju jest nachylona do płaszczyzny podstawy graniastosłupa pod kątem 60°, a pole podstawy graniastosłupa wynosi 18.

R1CkLZVBUaJv4

Rozwiązanie:

Narysowany przekrój graniastosłupa jest prostokątem o bokach równych długości krawędzi podstawy oraz przekątnej ściany bocznej graniastosłupa.

Ponieważ pole podstawy graniastosłupa jest równe 18, zatem do wyznaczenia wartości a rozwiązujemy równanie:

a2=18

a=32

Do wyznaczenia długości przekątnej ściany bocznej graniastosłupa rozpatrujemy trójkąt prostokątny, jak na poniższym rysunku.

Rz85urZuvCBVx

Wobec tego x=2·a=2·32=62.

Zatem omawiany przekrój jest prostokątem o bokach 3262.

Przykład 3

Obliczymy długość wysokości w trójkącie, będącym przekrojem graniastosłupa prawidłowego czworokątnego przedstawionego na rysunku, jeżeli wiadomo, że krawędź podstawy ma długość 42, a pole powierzchni całkowitej graniastosłupa wynosi 64+1602.

RgSHkRVMsLJ0q

Rozwiązanie:

Zaznaczmy na rysunku szukaną wysokość przekroju graniastosłupa prawidłowego czworokątnego i wprowadźmy odpowiednie oznaczenia.

Rdju54b3enjJr

Zauważmy, że narysowany przekrój jest trójkątem równoramiennym.

Niech a będzie długością krawędzi podstawy graniastosłupa.

Wobec tego a=42.

Ponieważ pole powierzchni całkowitej graniastosłupa z rysunku jest równe 64+1602, zatem do wyznaczenia wartości h rozwiązujemy równanie:

64+1602=2·422+4·42·h

64+1602=64+162h

1602=162h

h=1602162=10

Korzystając z twierdzenia Pitagorasa, do wyznaczenia długości x, będącej przekątną ściany bocznej graniastosłupa, rozwiązujemy równanie:

x2=a2+h2

x2=422+102

x2=32+100=132

x=132=233

Do wyznaczenia wysokości y rozpatrujemy trójkąt prostokątny, jak na poniższym rysunku i korzystamy z twierdzenia Pitagorasa:

R1DJc0kPAnCeE

Zatem:

a222+y2=x2

42·222+y2=2332

16+y2=132

y2=116

y=229

Wysokość omawianego przekroju ma długość 229.

Przykład 4

Krawędź podstawy graniastosłupa ma długość 23, a krawędź boczna 6. Obliczymy obwód i pole powierzchni przekroju tego graniastosłupa płaszczyzną przechodzącą przez przekątną podstawy i środek krawędzi bocznej.

Rozwiązanie:

Narysujmy graniastosłup prawidłowy czworokątny, omawiany przekrój i wprowadźmy oznaczenia, jak na poniższym rysunku.

Ro1cgno99I7x1

Z treści zadania wiadomo, że a=23 oraz h=6.

Otrzymany przekrój jest trójkątem równoramiennym o podstawie długości d i ramionach długości x.

Zauważmy, że d=a2=23·2=26.

Do wyznaczenia wartości x rozwiązujemy równanie, korzystając z twierdzenia Pitagorasa:

x2=a2+12h2

x2=232+32

x=21

Zatem obwód trójkąta wynosi:

L=26+221=2·6+21.

Do wyznaczenia wartości pola powierzchni przekroju użyjemy wzoru Herona, za pomocą którego oblicza się pole trójkąta, gdy dane są długości jego trzech boków: a, b, c.

P=p·p-a·p-b·p-c, gdzie p=a+b+c2

Wobec tego:

p=2·6+212=6+21

P=6+21·6+21-26·6+21-21·6+21-21

=6+21·21-6·6·6=15·6=310

Przykład 5

Graniastosłup prawidłowy czworokątny przecięto płaszczyzną zawierającą przekątne jego podstaw. Obliczymy sinus kąta nachylenia przekątnej tego przekroju do płaszczyzny podstawy graniastosłupa, jeżeli wiadomo, że długości przekątnej podstawy, krawędzi bocznej oraz przekątnej graniastosłupa są w podanej kolejności kolejnymi wyrazami ciągu arytmetycznego o różnicy 2.

Rozwiązanie:

Narysujmy graniastosłup prawidłowy czworokątny, odpowiedni przekrój oraz kąt nachylenia i wprowadźmy oznaczenia, jak na rysunku.

RkaDBIQ3tSkgW

Ponieważ długości przekątnej podstawy, krawędzi bocznej oraz przekątnej graniastosłupa są w podanej kolejności kolejnymi wyrazami ciągu arytmetycznego o różnicy 2, to:

h=x+2

d=x+4

Wobec tego, korzystając z twierdzenia Pitagorasa do wyznaczenia wartości x rozwiązujemy równanie:

x2+x+22=x+42

x2+x2+4x+4=x2+8x+16

x2-4x-12=0

=-42-4·-12=64

x1=4-82=-2<0

x2=4+82=6>0

Zatem h=8 oraz d=10.

Jeżeli zastosujemy definicję funkcji trygonometrycznej sinus, to:

sinα=hd=810=45.

Przykład 6

Graniastosłup prawidłowy czworokątny o krawędzi podstawy długości a i wysokości trzy razy dłuższej od krawędzi podstawy przecięto płaszczyzną, przechodzącą przez przekątną podstawy i nachyloną do podstawy pod kątemα0°,90°. Określimy, jaką figurą jest przekrój graniastołupa prawidłowego czworokątnego, w zależności od kąta nachylenia płaszczyzny przekroju.

Rozwiązanie:

Mamy następujące przypadki:

I. jeżeli tgα=BDSB3aa22=32, to α0°,77°, przekrojem graniastosłupa prawidłowego czworokątnego jest trójkąt równoramienny.

RTB8lfrJaf07x

II. jeżeli tgα>32, to α77°,90°, przekrojem graniastosłupa prawidłowego czworokątnego jest trapez równoramienny.

R145YSlYE9dGG

III. jeżeli α=90°, to przekrojem graniastosłupa prawidłowego czworokątnego jest prostokąt.

R1dkdlpWSzZsm

Słownik

graniastosłup prawidłowy czworokątny
graniastosłup prawidłowy czworokątny

graniastosłup, którego podstawą jest kwadrat, a wszystkie jego ściany boczne są prostokątami