Baza wiedzy

Zbiór informacji z matematyki oraz fizyki przygotowany przez Szkołę Maturzystów

Graniastosłupy

W gimnazjum były przedstawiane wielościany (np. prostopadłościany). Dokładniej zostaną przedstawione dwa przykłady wielościanów: ostrosłup i graniastosłup.

Definicja 1: Graniastosłupem nazywamy wielościan, który ma dwie przystające ściany położone w płaszczyznach równoległych (podstawy graniastosłupa), a pozostałe ściany, zwane ścianami bocznymi, są równoległobokami.

Graniastosłupy dzielimy na 2 podstawowe typy: proste (ściany boczne są prostokątami) i pochyłe (ściany boczne nie są prostokątami).

Wysokość graniastosłupa: odcinek prostopadła do obydwu płaszczyzn zawierających podstawy, którego obydwa końce należą do tych płaszczyzn. W graniastosłupie prostym jest to każda krawędź boczna graniastosłupa

Graniastosłup prawidłowy: graniastosłup, którego podstawami są wielokąty foremne, czyli takie mające wszystkie boki równej długości.

Graniastosłupy nazywamy od figury będącej podstawą np. trójkątny, czworokątny, sześciokątny itp.

Na przedstawionym rysunku zaznaczono odpowiednio:

Na czarno: wysokość graniastosłupa
Na zielono: krawędzie podstawy graniastosłupa
Na czerwono: płaszczyznę podstawy graniastosłupa
Na niebiesko: krawędzie boczne w graniastosłupie
Na pomarańczowo: ściany boczne graniastosłupa
Na fioletowo: wierzchołki w graniastosłupie
Rysowanie graniastosłupa na przykładzie graniastosłupa trójkątnego:
Rysowanie dolnej podstawy: 

Dorysowanie krawędzi bocznych:

Dokończenie rysując krawędzie podstawy górnej:

Bardzo ważne jest, aby krawędzie narysowanego prostopadłościanu się nie pokrywały.

 Przekątna wielościanu: prosta, której końcami są wierzchołki wielościanu i która nie zawiera się w ścianie wielościanu.

 Twierdzenie 1: Liczba przekątnych graniastosłupa, którego podstawą jest n-kąt, n N, n > 2, wynosi n(n - 3).

Przykład 2

Czy może istnieć graniastosłup, który posiada 50 przekątnych ?
Rozwiązanie:

Aby ten graniastosłup istniał. Równanie: 50= n(n-3) musi mieć rozwiązania w zbiorze liczb naturalnych.
Rozwiązania równania, czyli:  ٧  nie są liczbami naturalnymi

Odpowiedź: nie istnieje graniastosłup posiadający 50 przekątnych.

Przykładowe kąty w graniastosłupie prawidłowym czworokątnym:

1. Kąt między graniastosłupa a płaszczyzną podstawy:

2. Kąt między przekątną graniastosłupa a krawędzią podstawy:

3. Kąt między przekątnymi ścian bocznych wychodzących z tego samego wierzchołka:

Przykład 2

W graniastosłupie czworokątnym prawidłowym długość podstawy wynosi a, zaś kąt między przekątnymi ścian bocznych wychodzących z tego samego wierzchołka wynosi α.

Oblicz wysokość tego graniastosłupa

Rozwiązanie:

Zmienne które mamy podane to „a” i „α”, musimy uzależnić długość wysokości tego graniastosłupa od tych zmiennych

Rysujemy ten graniastosłup:

Oznaczenia: d- długość przekątnej ściany bocznej h- długość wysokości ściany bocznej

Z tw. Pitagorasa dla trójkąta ADH:  
Z tw. cos  dla trójkąta ACH otrzymujemy:  = α →

   = α) →

Podstawiamy  do twierdzenia pitagorasa i otrzymujemy: :  i po uporządkowaniu otrzymujemy odpowiedź: h =



Zadania do zrobienia


1. Stosunek długości krawędzi prostopadłościanu wynosi 3 : 4 : 12, a długość przekątnej prostopadłościanu jest równa 26 cm. Oblicz długości przekątnych trzech nieprzystających ścian.

Odp. d1 = 10 cm, d2 = 8  cm, d3 = 6  cm.


2. Krawędź boczna graniastosłupa prawidłowego trójkątnego ma długość , a krawędź podstawy ma długość 2. Oblicz:

a) cosinus kąta nachylenia przekątnej ściany bocznej do płaszczyzny podstawy

b) sinus kąta między przekątną jednej ściany bocznej, a krawędzią podstawy zawartą w sąsiedniej ścianie bocznej, wychodzącymi  z tego samego wierzchołka

c) miarę kąta nachylenia przekątnej ściany bocznej do sąsiedniej ściany bocznej

Odp. a) 

b)

c) 30


 

3. Podstawą graniastosłupa prostego jest romb, którego bok ma długość 5  cm. Wiedząc, że graniastosłup ma wysokość 8 cm, a dłuższa przekątna graniastosłupa ma 17 cm, oblicz:

a) miarę kąta ostrego rombu

b)długość krótszej przekątnej tego graniastosłupa

Odp. a) 60

b)   cm


 

4. Oblicz długości przekątnych graniastosłupa prawidłowego sześciokątnego, którego długość krawędzi podstawy jest równa 3 cm, a krawędzi bocznej - 8 cm.

Odp. d1 = 10 cm, d2 =  cm.