какая самая устойчивая фигура в геометрии

Какая самая устойчивая фигура в геометрии

Ум заключается не только в знании, но и в умении приложить знание на делеАристотель

Высшее проявление духа – это разум. Высшее проявление разума – это геометрия. Клетка геометрии – треугольник. Он так же неисчерпаем, как и вселенная”

Иван Федорович Шарыгин

Треугольник – самая простая замкнутая прямолинейная фигура, одна из первых, свойства которых человек узнал еще в глубокой древности, поэтому эта фигура всегда имела широкое применение в практической жизни и до сих пор используется человеком.

В самом начале седьмого класса изучаются три признака равенства треугольника. После рассмотрения третьего признака равенства треугольников (по трем сторонам) сделан вывод о том, что треугольник – жесткая фигура, и его практическое применение достаточно широко.

Цель исследования – установить, что треугольник являясь жесткой фигурой, нашел широкое практическое применение в жизни человека.Задачи:

Изучить литературу о треугольнике;

Изучить свойство треугольника – жесткость и исследовать применение свойства жесткости на практике;

Проанализировать применение треугольника в жизни человека;

Углубить имеющиеся знания по геометрии;

Обобщить собранную информацию и познакомить с ней своих одноклассников.

Гипотеза: мы предполагаем, что сможем найти подтверждающие доказательства о том, что обладая таким свойством как жесткость, треугольник является простейшим и неисчерпаемым.

Объект исследования: свойство жесткости треугольника.

Практическая значимость: обобщённый материал данного исследования можно применять как на уроках математики, так и во внеурочное время для развития интереса к математике. Данный материал способствует формированию представления о прикладных возможностях математики.

Методы исследования: анкетирование, сбор информации, анализ, наблюдение, изучение литературы.

Теория. Понятие жесткости треугольника.

Из учебника геометрии Л.С. Атанасяна за 7 класс из параграфа 14 [1]:

Отметим какие-нибудь три точки, не лежащие на одной прямой, и соединим их отрезками. Получим геометрическую фигуру, которая называется треугольником. Отмеченные точки называются вершинами, а отрезки – сторонами треугольника.

Третий признак равенства треугольников. Если три стороны одного треугольника соответственно равны трем сторонам другого треугольника, то такие треугольники равны.

Что такое жесткая фигура? Почему треугольник — жесткая фигура? Жесткая фигура — это фигура, не подверженная деформации.

если вырезать из картона 4 полоски и соединить их между собой булавками или декоративными кнопками в четырехугольник, а затем попробовать изменить форму четырехугольника (просто взявшись руками за две противоположные стороны и покачать вверх-вниз). Получаем, что можно изменять градусную меру углов четырехугольника, не меняя длины его сторон. Можно менять величины углов у пятиугольников, шестиугольников и многоугольников с большим количеством сторон.

С треугольником так поступить не удастся. Из 3-х полосок сложим треугольник и соединим кнопками или булавками и попробуем изменить форму треугольника.

Стороны треугольника определяют его углы однозначно.

Треугольник не подвержен деформации. В нём нельзя сдвинуть или раздвинуть никакие две стороны, т. е. нельзя изменить ни один угол. Действительно, если бы это удалось, то мы получили бы новый треугольник, не равный исходному. Но это невозможно, так как новый треугольник должен быть равен исходному по третьему признаку равенства треугольников. Поэтому треугольник — жесткая фигура. Из всех многоугольников только треугольник является жесткой фигурой.

Это свойство треугольника используется, в частности, при создании железных ажурных конструкций. Мосты, башни, подъемные краны, каркасы зданий, опоры для высоковольтных линий электропередач изготавливают таким образом, чтобы они содержали как можно больше треугольных элементов.

Вывод: Треугольник — фигура жёсткая. Если заданы три его стороны, то форма треугольника уже не может измениться. Жёсткостью треугольника пользуются в строительстве, при конструировании механизмов, различных приспособлений.

Практика.

Применение свойства жесткости треугольника на практике.

В школьной программе свойство жесткости треугольника подробно не рассматривается и более детальное практическое изучение не предусмотрено. После рассмотрения третьего признака равенства треугольников, заинтересовавшись данной проблемой, я провела анкетирование обучающихся своего класса. В анкетировании приняли участие 22 ученика, им были предложены вопросы:

Что, по – вашему означает слово жесткость? Ответы: что-то крепкое, неизменяемое; крепкое тело, состоящее из чего- либо; это фигуры, которые не могут сломаться.

Что, по-вашему, означает жесткость фигуры? Ответы: означает устойчивое состояние фигуры; означает твердость фигуры; означает что фигура, не изменяет свою форму; означает неподвижность.

Почему у велосипеда треугольная рама? Ответы: Не знаю; так правильнее делать; велосипед становиться легче.

Знаете ли вы, где применяется свойство жесткости треугольника? Ответ: в геометрии, в физике, в строительстве (опоры, подставки).

Что в жизни вы встречали в форме треугольника? Ответ: крыши домов; подставка для подтягивания; музыкальные инструменты; сыр; украшения; линейка; дорожный знак; окна и т.п.

После проведенного опроса я сделала вывод, что одноклассники совсем не знают самого свойства жесткости треугольника и применения его на практике. Тогда я решила более подробно исследовать данный вопрос и ознакомить ребят с результатами.

Свою работу начала с изучения информации в сети Интернет[5], где довольно широко освещается этот вопрос. Свойство жесткости треугольника широко используется на практике.

3. Геодезический купол (геокупол, геодом) — сферическое архитектурное сооружение, собранное из стержней, образующих геодезическую структуру, благодаря которой сооружение в целом обладает хорошими несущими качествами. Геодезический купол является несущей сетчатой оболочкой, составленной из треугольников.

4. Во время Великой Отечественной войны для сохранения стекол во время бомбежки их заклеивали бумажными полосками, чтобы получился треугольник.

5. При строительстве любых мостов в их конструкциях также присутствуют треугольники.

Дальше я решила проанализировать – встречается ли свойство жесткости треугольника в моей повседневной жизни, в моем поселке. Для этого я провела наблюдение, рассматривала всевозможные конструкции и пыталась найти треугольник и его применение.

1. Спортивный зал МБОУ «Коношская СШ»:

б) крепеж баскетбольного кольца

5. Антенные мачты. Широкое применение нашли в свете развития сотовой связи и цифрового телерадиовещания.

6. Делая садовую калитку, обязательно прибивают планку, чтобы получить треугольник. Это придаёт ей прочность, иначе калитку перекосит.

8. Широкое применение свойство жесткости треугольника находит и при работе по сборке мебели.

Усиление углов стола

Крепления для полок

9. Жесткость треугольников применяется при строительстве подъемных кранов, которых очень часто сейчас можно увидеть на строительных площадках Коноши.

10. Стремянки — это специальные, как правило, переносные лестницы, раскладывающиеся для выполнения определённой задачи. Лестница, в разложенном виде образующая равнобедренный треугольник: по его сторонам находятся одна или две лестницы (одностороннее или двустороннее восхождение), между ними для жёсткости конструкции ближе к вершине раскладывается площадка, предназначенная для опоры ног или устанавливаются растяжки. Надёжность такой лестницы определяется углом её раскрытия: чем шире раскрытие, тем она устойчивее, а, следовательно, и надёжнее.

11. Свойство жесткости треугольника приносит радость детям. Что может быть интереснее, чем качаться на качелях.

Вывод: свойство жесткости треугольника нашло широкое применение в жизни человека. Наиболее часто данное свойство встречается при установке столбов и строительстве домов и металлических конструкций.

Треугольник всегда имел широкое применение в практической жизни. Так, в строительном искусстве испокон веков используется свойство жесткости треугольника для укрепления различных строений и их деталей. Вокруг нас очень много предметов, имеющих форму треугольника (эстетическое направление), поэтому треугольник применяется в архитектуре, в быту, при строении чертежа, в мореплаванье, в моде и т.п.

Слова, сказанные великим французским архитектором Ле Корбюзье, в начале ХХ века, справедливы и в наше время: «Я думаю, что никогда до настоящего времени мы не жили в такой геометрический период. Стоит поразмыслить о прошлом, вспомнить то, что было ранее, и мы будем ошеломлены, видя, что окружающий нас мир – это мир геометрии, чистой, истинной, безупречной в наших глазах. Всё вокруг – геометрия. Прошли века, но роль геометрии не изменилась. Она по-прежнему остается грамматикой архитектора».

[2 ]Глейзер Г. И. История математики в школе. М, Просвещение, 1993.

[3]Панов В. Ф. Математика древняя и юная/ Под ред. В. С. Зарубина. – 2-е изд., испр. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. – 648с.

[5 ]Интернет – ресурсы.

рис.1. Эйфелева башня.

рис.2. Линии электропередачи.

рис.3. На железнодорожной станции Коноша.

рис.4. Установка столбов в вертикальном положении.

рис.5. Мачты сотовой связи.

рис. 6. Восстановление воинского обелиска в центре Коноши.

рис.7. Пристройка балкона на 1 этаже в г. Архангельск.

Источник

Основные геометрические фигуры

Основные понятия

Основные геометрические фигуры на плоскости — это точка и прямая линия. А простейшие фигуры — это луч, отрезок и ломаная линия.

Минимальный объект в геометрии — точка. Ее особенность в том, что она не имеет размеров: у нее нет высоты, длины, радиуса. У точки можно определить только ее расположение, которое принято обозначать одной заглавной буквой латинского алфавита.

Из множества точек может получится линия, а из нескольких соединенных между собой линий — геометрические фигуры.

Каждая математическая фигура имеет собственную величину, которую можно измерить при помощи формул и внимательности.

Площадь — это одна из характеристик замкнутой геометрической фигуры, которая дает нам информацию о ее размере. S (square) — знак площади.

Периметром принято называть длину всех сторон многоугольника. Периметр обозначается заглавной латинской P.

Если параметры переданы в разных единицах измерения длины, нужно перевести все данные к одной единице измерения.

Популярные единицы измерения площади:

Геометрические тела — часть пространства, которая ограничена замкнутой поверхностью своей наружной границы.

Если все точки фигуры принадлежат одной плоскости, значит она является плоской.

Объемная фигура — геометрическая фигура, у которой все точки не находятся на одной плоскости.

Примеры объемных геометрических фигур:

Рассмотрим подробнее некоторые фигуры, разберем их определения и свойства.

Прямоугольник

Прямоугольник — четырехугольник, у которого все стороны пересекаются под прямым углом.

Узнать площадь прямоугольника помогут следующие формулы:

Диагональ — это отрезок, который соединяет противоположные вершины фигуры. Он есть во всех фигурах, число вершин которых больше трех.

Периметр прямоугольника — сумма длины и ширины, умноженная на два.

P = 2 × (a + b), где a — ширина, b — высота.

Квадрат

Квадрат — это тот же прямоугольник, у которого все стороны равны.

Найти площадь квадрата легко:

Периметр квадрата — это длина стороны, умноженная на четыре.

P = 4 × a, где a — длина стороны.

Трапеция

Трапеция — это четырехугольник, у которого две стороны параллельны, а две не параллельны.

Основное свойство: в трапецию можно вписать окружность, если сумма ее оснований равна сумме боковых сторон.

Как найти площадь трапеции:

S = (a + b) : 2 × h, где a, b — два разных основания, h — высота трапеции.

Построить высоту трапеции можно, начертив отрезок так, чтобы он соединил параллельные стороны и был расположен перпендикулярно к этим основаниям.

Формула периметра для равнобедренной трапеции отличается от прямоугольника тем, что у равнобедренной трапеции есть две равные стороны.

P = a + b + 2 × c, где a, b — параллельные стороны, c — две длины одинаковых сторон.

Параллелограмм и ромб

Параллелограмм — четырехугольник, противоположные стороны которого попарно параллельны

Ромб — это параллелограмм с равными сторонами.

Общие формулы расчета площади фигур:

Периметр ромба — это произведение длины стороны на четыре.

P = 4 × a, где a — длина стороны.

Периметр параллелограмма — сумма длины и ширины, умноженная на два.

P = 2 × (a + b), где a — ширина, b — высота.

Треугольник

Треугольник — это такая фигура, которая образуется, когда три отрезка соединяют три точки, не лежащие на одной прямой. Эти три точки принято называть вершинами, а отрезки — сторонами.

Рассчитать площадь треугольника можно несколькими способами по исходным данным, давайте их рассмотрим.

S = 0,5 × a × h, где a — длина основания, h — высота, проведенная к основанию.

Основание может быть расположено иначе, например так:

При тупом угле высоту можно отразить на продолжение основания:

При прямом угле основанием и высотой будут его катеты:

S = 0,5 × a × b × sinα, где a и b — две стороны, sinα — синус угла между ними.

S = (a × b × с) : 4 × R, где a, b и с — стороны треугольника, а R — радиус описанной окружности.

S = p × r, где р — полупериметр треугольника, r — радиус вписанной окружности.

Периметр треугольника — это сумма длин трех его сторон.

P = a + b + c, где a, b, c — длина стороны.

Формула измерения периметра для равностороннего треугольника — это длины стороны, умноженная на три.

P = 3 × a, где a — длина стороны.

Круг — это множество точек на плоскости, которые удалены от центра на равном радиусу расстоянии.

Окружность — это граница круга.

Радиус окружности — это расстояние от центра окружности до любой точки на ней.

Диаметр круга — это отрезок, который соединяет две точки на окружности и проходящий через ее центр. Диаметр круга равен двум его радиусам.

Формулы площади круга:

Периметр круга или длина окружности — это произведение радиуса на два Пи или произведение диаметра на Пи.

L = d × π = 2 × r × π, где d — диаметр, r — радиус, π — это константа, которая выражает отношение длины окружности к диаметру, она всегда равна 3,14.

Источник

Фигура (геометрия)

При этом допускаются вырождения, например: угол, луч и точка считаются геометрическими фигурами.

Связанные понятия

Если дано топологическое пространство и группа действий на нём, образы отдельной точки под действием группы действий образуют орбиты действий. Фундаментальная область — это подмножество пространства, которое содержит в точности по одной точке из каждой орбиты. Она даёт геометрическую реализацию абстрактного множества представителей орбит.

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

Пра́вильный двадцатичетырёхъяче́йник, или просто двадцатичетырёхъяче́йник, или икоситетрахор (от др.-греч. εἴκοσι — «двадцать», τέτταρες — «четыре» и χώρος — «место, пространство»), — один из правильных многоячейников в четырёхмерном пространстве.

Вырожденными называют математические объекты, обладающие принципиально более простой структурой и смыслом по сравнению с остальными объектами в своём классе, то есть такие, которые, даже будучи взятыми вместе, не дают полного представления о всём классе. Предельно простые объекты называют тривиальными.

Пра́вильный шестнадцатияче́йник, или просто шестнадцатияче́йник — один из правильных многоячейников в четырёхмерном пространстве. Известен также под другими названиями: гексадекахор (от др.-греч. ἕξ — «шесть», δέκα — «десять» и χώρος — «место, пространство»), четырёхмерный гиперокта́эдр (поскольку является аналогом трёхмерного октаэдра), четырёхмерный кокуб (поскольку двойственен четырёхмерному гиперкубу), четырёхмерный ортоплекс.

Правильные четырёхмерные многогранники являются четырёхмерными аналогами правильных многогранников в трёхмерном пространстве и правильных многоугольников на плоскости.

В математическом анализе, и прилегающих разделах математики, ограниченное множество — множество, которое в определенном смысле имеет конечный размер. Базовым является понятие ограниченности числового множества, которое обобщается на случай произвольного метрического пространства, а также на случай произвольного частично упорядоченного множества. Понятие ограниченности множества не имеет смысла в общих топологических пространствах, без метрики.

В геометрии фигуру называют хиральной (и говорят, что она обладает хиральностью), если она не совпадает со своим зеркальным отображением, точнее, не может быть совмещена с ним только вращениями и параллельными переносами. Хиральная фигура и её зеркальный образ называют энантиоморфами. Слово хиральность происходит от др.-греч. χειρ (хеир) — «рука». Это самый известный хиральный объект. Слово энантиоморф происходит от др.-греч. εναντιος (энантиос) — «противоположный», и μορφη (морфе) — «форма». Нехиральный.

Источник

Геометрические фигуры и их названия

При изучении элементарной геометрии необходимо точно определить, что именно мы будем изучать. Каждая наука ставит в центр внимания определенные объекты, или понятия, которые должны быть четко и однозначно определены. Это нужно, чтобы у оппонентов не возникало причин для оспаривания полученных в ходе эксперимента или теоретических разработок выводов.

Геометрии это касается в полной мере. Это одна из самых древних наук, возникшая из необходимости измерения площадей земельных участков, длины пути, расстояния между городами. Позже предметом прикладной геометрии стали архитектурные проекты, определение положения звезд и вычисление размеров земли. Но сугубо прикладных функций, полезных в повседневной жизни, она не утратила.

Геометрические фигуры

Первый вопрос, на который нужно ответить при изучении раздела, является ли точка геометрической фигурой? Ответ сформулировал еще Эвклид — точка, это простейшая фигура, элемент, из которого состоят все остальные фигуры. Линия, как ошибочно думают многие, не элементарная фигура, а совокупность точек.

Из точек состоят все простые и сложные геометрические построения. Это единственная фигура, размеры которой нельзя определить и указать, как нельзя и ничего определенного сказать о количестве точек в длинной или короткой линии, как нельзя определить с достаточно высокой точностью количество атомов в массивном бесформенном куске железа или камня.

Простейшие фигуры

Из точек можно создать любые линии, прямые, закругленные, зигзагообразные. Вариантов множество. Линия — вторая по простоте фигура после точки. Все линии подразделяются на несколько видов:

Прямая — бесконечная последовательность точек, определяющая кратчайшее расстояние между двумя произвольными точками. Крайние пункты могут быть расположены как на расстоянии в несколько миллиметров, так и на противоположных концах Вселенной. Но важно одно, прямая проходит через эти точки и стремиться дальше, ни начала, ни конца у нее нет.

Отрезок — частичный случай прямой. Это то же расстояние между двумя точками, но линия начинается на одной из них, и заканчивается на другой. Длина отрезка — величина вполне определенная измеряемая при помощи линейки, циркуля или рулетки, в зависимости от того, где находится данный отрезок.

Луч — часть прямой, лежащая по одну сторону от выбранной точки. Луч имеет начало, но не имеет конца. Как пример геометрического луча можно привести луч фонарика или лазерной указки. Началом является лампочка или светодиод, а дальше луч распространяется как угодно далеко.

Ломаная линия — совокупность отрезков, которые имеют по одной общей точке (начало следующего отрезка является концом предыдущего), но не лежат на одной прямой. Ломаная линия может быть как замкнутой, так и незамкнутой. Если линия замкнута, то образует другой геометрический объект — плоскую фигуру.

Дуга — совокупность точек, которые находятся на одной линии, но не на одной прямой. Частичный случай — фрагмент окружности.

Как уже говорилось, замкнутые ломаные линии образуют плоские фигуры. Почему плоские, мы рассматриваем только линии, которые находятся в системе координат XY, то есть, всех их можно нарисовать на листе бумаги не прибегая к такой сложной технике, как перспектива.

Треугольник — самая простая и самая устойчивая плоская фигура. Образована тремя отрезками, соединенными последовательно. Чтобы построить треугольник, необходимо, чтобы сумма длин любых двух отрезков превышала длину третьего. В зависимости от длин отрезков и углов между ними, треугольники подразделяются на равносторонние, равнобедренные, прямоугольные и произвольные (с тупыми и острыми углами).

Четырехугольники

Ромб — преобразованный квадрат. Длина всех сторон одинакова, но углы не прямые. Иногда квадрат называют прямоугольным ромбом.

Трапеция — фигура, у которой параллельны только две противоположные стороны, которые называют основанием. В зависимости от расположения двух оставшихся сторон, трапеция бывает прямоугольной и непрямоугольной.

Многоугольники

Назвать все виды фигур в геометрии очень сложно. Но необходимо назвать многоугольники — это категория фигур, у которых количество сторон более 4. Их так и называют — пятиугольник, шестиугольник, восьмиугольник. В научной литературе многоугольники получили название «полигон». Соответственно, пятиугольник — пентагон, восьмиугольник — октагон и т.д.

Круги и овалы

Это фигуры, которые состоят не из отрезков, а из последовательно расположенных точек, находящихся на определенном расстоянии от центра. У кругов это расстояние одинаковое, у овалов — разное.

Объемные фигуры

Если рассматривать геометрические построения в пространстве координат XYZ, то получаются объемные фигуры, или тела. Это куб, конус, цилиндр, шар и другие. Но их изучение — предмет другой темы.

Источник