Конус и его элементы. Конус и его элементы Круговой конус и его элементы

) - тело в евклидовом пространстве , полученное объединением всех лучей, исходящих из одной точки (вершины конуса) и проходящих через плоскую поверхность. Иногда конусом называют часть такого тела, имеющую ограниченный объём и полученную объединением всех отрезков, соединяющих вершину и точки плоской поверхности (последнюю в таком случае называют основанием конуса, а конус называют опирающимся на данное основание). Если основание конуса представляет собой многоугольник , такой конус является пирамидой .

Энциклопедичный YouTube

1 / 4

✪ Как сделать конус из бумаги.

• Субтитры

Связанные определения

• Отрезок, соединяющий вершину и границу основания, называется образующей конуса .
• Объединение образующих конуса называется образующей (или боковой ) поверхностью конуса . Образующая поверхность конуса является конической поверхностью .
• Отрезок, опущенный перпендикулярно из вершины на плоскость основания (а также длина такого отрезка), называется высотой конуса .
• Угол раствора конуса - угол между двумя противоположными образующими (угол при вершине конуса, внутри конуса).
• Если основание конуса имеет центр симметрии (например, является кругом или эллипсом) и ортогональная проекция вершины конуса на плоскость основания совпадает с этим центром, то конус называется прямым . При этом прямая, соединяющая вершину и центр основания, называется осью конуса .
• Косой (наклонный ) конус - конус, у которого ортогональная проекция вершины на основание не совпадает с его центром симметрии.
• Круговой конус - конус, основание которого является кругом.
• Прямой круговой конус (часто его называют просто конусом) можно получить вращением прямоугольного треугольника вокруг прямой , содержащей катет (эта прямая представляет собой ось конуса).
• Конус, опирающийся на эллипс , параболу или гиперболу , называют соответственно эллиптическим , параболическим и гиперболическим конусом (последние два имеют бесконечный объём).
• Часть конуса, лежащая между основанием и плоскостью, параллельной основанию и находящейся между вершиной и основанием, называется усечённым конусом , или коническим слоем .

Свойства

• Если площадь основания конечна, то объём конуса также конечен и равен трети произведения высоты на площадь основания.

V = 1 3 S H , {\displaystyle V={1 \over 3}SH,}

где S - площадь основания, H - высота. Таким образом, все конусы, опирающиеся на данное основание (конечной площади) и имеющие вершину, находящуюся на данной плоскости, параллельной основанию, имеют равный объём, поскольку их высоты равны.

• Центр тяжести любого конуса с конечным объёмом лежит на четверти высоты от основания.
• Телесный угол при вершине прямого кругового конуса равен

2 π (1 − cos ⁡ α 2) , {\displaystyle 2\pi \left(1-\cos {\alpha \over 2}\right),} где α - угол раствора конуса.

• Площадь боковой поверхности такого конуса равна

S = π R l , {\displaystyle S=\pi Rl,}

а полная площадь поверхности (то есть сумма площадей боковой поверхности и основания)

S = π R (l + R) , {\displaystyle S=\pi R(l+R),} где R - радиус основания, l = R 2 + H 2 {\displaystyle l={\sqrt {R^{2}+H^{2}}}} - длина образующей.

• Объём кругового (не обязательно прямого) конуса равен

V = 1 3 π R 2 H . {\displaystyle V={1 \over 3}\pi R^{2}H.}

• Для усечённого конуса (не обязательно прямого и кругового) объём равен:

V = 1 3 (H S 2 − h S 1) , {\displaystyle V={1 \over 3}(HS_{2}-hS_{1}),}

где S 1 и S 2 - площади соответственно верхнего (ближнего к вершине) и нижнего оснований, h и H - расстояния от плоскости соответственно верхнего и нижнего основания до вершины.

• Пересечение плоскости с прямым круговым конусом является одним из конических сечений (в невырожденных случаях - эллипсом , параболой или гиперболой , в зависимости от положения секущей плоскости).

Уравнение конуса

Уравнения, задающие боковую поверхность прямого кругового конуса с углом раствора 2Θ , вершиной в начале координат и осью, совпадающей с осью Oz :

• В сферической системе координат с координатами (r , φ, θ) :

θ = Θ . {\displaystyle \theta =\Theta .}

• В цилиндрической системе координат с координатами (r , φ, z ) :

z = r ⋅ ctg ⁡ Θ {\displaystyle z=r\cdot \operatorname {ctg} \Theta } или r = z ⋅ tg ⁡ Θ . {\displaystyle r=z\cdot \operatorname {tg} \Theta .}

• В декартовой системе координат с координатами (x , y , z ) :

z = ± x 2 + y 2 ⋅ ctg ⁡ Θ . {\displaystyle z=\pm {\sqrt {x^{2}+y^{2}}}\cdot \operatorname {ctg} \Theta .} Это уравнение в каноническом виде записывается как

где константы a , с определяются пропорцией c / a = cos ⁡ Θ / sin ⁡ Θ . {\displaystyle c/a=\cos \Theta /\sin \Theta .} Отсюда видно, что боковая поверхность прямого кругового конуса представляет собой поверхность второго порядка (она носит название коническая поверхность ). В общем виде коническая поверхность второго порядка опирается на эллипс; в подходящей декартовой координатной системе (оси Ох и Оу параллельны осям эллипса, вершина конуса совпадает с началом координат, центр эллипса лежит на оси Oz ) её уравнение имеет вид

x 2 a 2 + y 2 b 2 − z 2 c 2 = 0 , {\displaystyle {\frac {x^{2}}{a^{2}}}+{\frac {y^{2}}{b^{2}}}-{\frac {z^{2}}{c^{2}}}=0,}

причём a/c и b/c равны полуосям эллипса. В наиболее общем случае, когда конус опирается на произвольную плоскую поверхность, можно показать, что уравнение боковой поверхности конуса (с вершиной в начале координат) задаётся уравнением f (x , y , z) = 0 , {\displaystyle f(x,y,z)=0,} где функция f (x , y , z) {\displaystyle f(x,y,z)} является однородной , то есть удовлетворяющей условию f (α x , α y , α z) = α n f (x , y , z) {\displaystyle f(\alpha x,\alpha y,\alpha z)=\alpha ^{n}f(x,y,z)} для любого действительного числа α .

Развёртка

Прямой круговой конус как тело вращения образован прямоугольным треугольником, вращающимся вокруг одного из катетов, где h - высота конуса от центра основания до вершины - является катетом прямоугольного треугольника, вокруг которого происходит вращение. Второй катет прямоугольного треугольника r - радиус в основании конуса. Гипотенузой прямоугольного треугольника является l - образующая конуса.

В создании развёртки конуса могут использоваться всего две величины r и l . Радиус основания r определяет в развертке круг основания конуса, а сектор боковой поверхности конуса определяет образующая боковой поверхности l , являющаяся радиусом сектора боковой поверхности. Угол сектора φ {\displaystyle \varphi } в развёртке боковой поверхности конуса определяется по формуле:

φ = 360°·(r /l ) .

Определения:
Определение 1. Конус
Определение 2. Круговой конус
Определение 3. Высота конуса
Определение 4. Прямой конус
Определение 5. Прямой круговой конус
Теорема 1. Образующие конуса
Теорема 1.1. Осевое сечение конуса

Объем и площади :
Теорема 2. Объем конуса
Теорема 3. Площадь боковой поверхности конуса

Усеченный конус :
Теорема 4. Сечение, параллельное основанию
Определение 6. Усеченный конус
Теорема 5. Объем усеченного конуса
Теорема 6. Площадь боковой поверхности усеченного конуса

Определние
Тело ограниченное с боков конической поверхностью, взятой между её вершиной и плоскостью направляющей, и плоским основанием направляющей, образованным замкнутой кривой, называется конусом.

Основные понятия
Круговым конусом называют тело, которое состоит из круга (основания), точки, не лежащей в плоскости основания (вершины) и всех отрезков соединяющих вершину с точками основания.

Прямым конусом называется конус, высота которого основанием содержит центр основания конуса.

Рассмотрим какую-либо линию (кривую, ломаную или смешанную)(например, l ), лежащую в некоторой плокости, и произвольную точку (например, М), не лежащую в этой плоскости. Всевозможные прямые, соединяющие точку М со всеми точками данной линии l , образуют поверхность, называемую канонической . Точка М является вершиной такой поверхности, а заданная линия l - направляющей . Все прямые соединяющие точку М со всеми точками линии l , называют образующими . Каноническая поверхность не ограничивается ни её вершиной, ни направляющей. Она простирается неограниченно в обе стороны от вершины. Пусть теперь направляющая - замкнутая выпуклая линия. Если направляющая - ломаная линия, то тело, ограниченное с боков канонической поверхностью, взятой между её вершиной и плокостью направляющей, и плоским основанием в плоскости направляющей, называется пирамидой .
Если же направляющая - кривая или смешанная линия, то тело, ограниченное с боков канонической поверхностью, взятой между её вершиной и плокостью направляющей, и плоским основанием в плоскости направляющей, называется конусом или
Определение 1 . Конусом называют тело, состоящее из основания - плоской фигуры, ограниченной замкнутой линией (кривой или смешанной), вершины - точки, не лежащей в плокости основания, и всех отрезков, соединяющих вершину со всевозможными точками основания.
Все прямые, проходящие через вершину конуса и любую из точек кривой, ограничивающей фигуру основания конуса, называются образующими конуса. Чаще всего в геометрических задачах под образующей прямой имеется ввиду отрезок этой прямой, заключенный между вершиной и плоскостью основания конуса.
Основание ограниченной смешанной линией - это очень редкий случай. Он сдесь указан только потому, что он может быть рассмотрен в геометрии. Чаще рассматривается случай с криволинейной направляющей. Хотя, что случай с произвольной кривой, что случай со смешанной направляющей, мало чем полезен и в них сложно вывести какие-любо закономерности. Из числа конусов в курсе элементарной геометрии изучается прямой круговой конус.

Известно, что окружность есть частный случай замкнутой кривой линии. Круг - плоская фигура, ограниченная окружностью. Принимая окружность за направляющую, можно определеить круговой конус.
Определение 2 . Круговым конусом называют тело, которое состоит из круга (основания), точки, не лежащей в плоскости основания (вершины) и всех отрезков соединяющих вершину с точками основания.
Определение 3 . Высота конуса - перпендикуляр, опущенный из вершины на плокость основания конуса. Можно выделить конус, высота которого падает в центр плоской фигуры основания.
Определение 4 . Прямым конусом называется конус, высота которого основанием содержит центр основания конуса.
Если связать эти два определения, мы получим конус, основание котрого есть круг, а высота падает в центр этого круга.
Определение 5 . Прямым круговым конусом называют конус, основание котрого есть круг, а высота его соединяет вершину и центр основания данного конуса. Такой конус получается вращением прямоугольного треугольника вокруг одного из катетов. Поэтому прямой круговой конус является телом вращения и называется также конусом вращения. Если не оговорено противное, то для краткости в дальнейшем говорим просто конус.
Итак приведем некоторые свойства конуса:
Теорема 1 . Все образующие конуса равны. Доказательство. Высота МО перпендикулярна всем прямым основания по определению перпендикулярной прямой к плокости. Поэтому треугольники МОА, МОВ и МОС являются прямоугольными и равны по двум катетам (МО - общая, ОА=ОВ=ОС - радиусы основания. Поэтому равны и гипотенузы, т.е. образующие.
Радиус основания конуса иногда называют радиусом конуса . Высота конуса называется также осью конуса , поэтому любое сечение, проходящее через высоту называется осевым сечением . Любое осевое сечение пересекает основание по диаметру (т.к. прямая, по которой пересекаются осевое сечение и плокость основания, проходит через центр окружности) и образует равнобедренный треугольник.
Теорема 1.1. Осевое сечение конуса есть равнобедренный треугольник. Так треугольник АМВ является равнобедренным, т.к. две его стороны МВ и МА есть образующие. Угол АМВ является углом при вершине осевого сечения.

Конус (с греческого «konos») – сосновая шишка. Конус знаком людям с глубокой древности. В 1906 году была обнаружена книга «О методе», написанная Архимедом (287-212 гг. до н. э.), в этой книге дается решение задачи об объеме общей части пересекающихся цилиндров. Архимед говорит, что это открытие принадлежит древнегреческому философу Демокриту (470-380 гг. до н.э.), который с помощью данного принципа получил формулы для вычисления объема пирамиды и конуса.

Конус (круговой конус) – тело, которое состоит из круга – основание конуса, точки, не принадлежащей плоскости этого круга, – вершины конуса и всех отрезков, соединяющих вершину конуса и точки окружности основания. Отрезки, которые соединяют вершину конуса с точками окружности основания, называются образующими конуса. Поверхность конуса состоит из основания и боковой поверхности.

Конус называется прямым, если прямая, которая соединяет вершину конуса с центром основания, перпендикулярна плоскости основания. Прямой круговой конус можно рассматривать как тело, полученное при вращении прямоугольного треугольника вокруг его катета как оси.

Высотой конуса называется перпендикуляр, опущенный из его вершины на плоскость основания. У прямого конуса основание высоты совпадает с центром основания. Осью прямого конуса называется прямая, содержащая его высоту.

Сечение конуса плоскостью, проходящей через образующую конуса и перпендикулярная осевому сечению, проведённому через эту образующую, называется касательной плоскостью конуса.

Плоскость, перпендикулярная оси конуса, пересекает конус по кругу, а боковую поверхность – по окружности с центром на оси конуса.

Плоскость, перпендикулярная оси конуса отсекает от него меньший конус. Оставшаяся часть называется усечённым конусом.

Объём конуса равен трети произведения высоты на площадь основания. Таким образом, все конусы, опирающиеся на данное основание и имеющие вершину, находящуюся на данной плоскости, параллельной основанию, имеют равный объём, поскольку их высоты равны.

Площадь боковой поверхности конуса можно найти по формуле:

S бок = πRl,

Площадь полной поверхности конуса находится по формуле:

S кон = πRl + πR 2 ,

где R – радиус основания, l – длина образующей.

Объём кругового конуса равен

V = 1/3 πR 2 H,

где R – радиус основания, Н – высота конуса

Площадь боковой поверхности усеченного конуса можно найти по формуле:

S бок = π(R + r)l,

Площадь полной поверхности усеченного конуса можно найти по формуле:

S кон = πR 2 + πr 2 + π(R + r)l,

где R – радиус нижнего основания, r – радиус верхнего основания, l – длина образующей.

Объём усечённого конуса можно найти следующим образом:

V = 1/3 πH(R 2 + Rr + r 2),

где R – радиус нижнего основания, r – радиус верхнего основания, Н – высота конуса.

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Определение. Вершина конуса - это точка (K), из которой исходят лучи.

Определение. Основание конуса - это плоскость, образованная в результате пересечения плоской поверхности и всех лучей, исходящих из вершины конуса. У конуса могут быть такие основы, как круг, эллипс, гипербола и парабола.

Определение. Образующей конуса (L) называется любой отрезок, который соединяет вершину конуса с границей основания конуса. Образующая есть отрезок луча, выходящего из вершины конуса.

Формула. Длина образующей (L) прямого кругового конуса через радиус R и высоту H (через теорему Пифагора):

Определение. Направляющая конуса - это кривая, которая описывает контур основания конуса.

Определение. Боковая поверхность конуса - это совокупность всех образующих конуса. То есть, поверхность, которая образуется движением образующей по направляющей конуса.

Определение. Поверхность конуса состоит из боковой поверхности и основания конуса.

Определение. Высота конуса (H) - это отрезок, который выходит из вершины конуса и перпендикулярный к его основанию.

Определение. Ось конуса (a ) - это прямая, проходящая через вершину конуса и центр основания конуса.

Определение. Конусность (С) конуса - это отношение диаметра основания конуса к его высоте. В случае усеченного конуса - это отношение разности диаметров поперечных сечений D и d усеченного конуса к расстоянию между ними: где R - радиус основы, а H - высота конуса.

На этом уроке мы познакомимся с такой фигурой, как конус. Изучим элементы конуса, виды его сечений. И узнаем, с какой фигурой конус имеет много общих свойств.

Рис.1. Предметы конусовидной формы

В мире огромное количество вещей имеют форму конуса. Зачастую мы их даже не замечаем. Дорожные конусы, предупреждающие о дорожных работах, крыши замков и домов, рожок для мороженого - все эти предметы имеют форму конуса (см. рис. 1).

Рис. 2. Прямоугольный треугольник

Рассмотрим произвольный прямоугольный треугольник с катетами и (см. рис. 2).

Рис. 3. Прямой круговой конус

Вращая данный треугольник вокруг одного из катетов (не нарушая общности, пусть это будет катет ), гипотенуза опишет поверхность, а катет опишет круг. Таким образом, получится тело, которое называют прямым круговым конусом (см. рис. 3).

Рис. 4. Виды конусов

Раз уж мы говорим о прямом круговом конусе, видимо, существует и непрямой, и не круговой? Если в основании конуса круг, но вершина не проектируется в центр этого круга, то такой конус называют наклонным. Если же основание - не круг, а произвольная фигура, то такое тело также иногда называют конусом, однако, разумеется, не круговым (см. рис. 4).

Таким образом, мы снова приходим к аналогии, уже знакомой нам по работе с цилиндрами. По сути конус - это что-то вроде пирамиды, просто у пирамиды в основании многоугольник, а у конуса (который мы будем рассматривать) - круг (см. рис. 5).

Отрезок оси вращения (в нашем случае это катет ), заключенный внутри конуса, называют осью конуса (см. рис. 6).

Рис. 5. Конус и пирамида

Рис. 6. - ось конуса

Рис. 7. Основание конуса

Круг, образованный вращением второго катета (), называют основанием конуса (см. рис. 7).

А длина этого катета является радиусом основания конуса (или, проще говоря, радиусом конуса) (см. рис. 8).

Рис. 8. - радиус конуса

Рис. 9. - вершина конуса

Вершина острого угла вращающегося треугольника, лежащая на оси вращения, называется вершиной конуса (см. рис. 9).

Рис. 10. - высота конуса

Высота конуса - отрезок, проведенный из вершины конуса перпендикулярно его основанию (см. рис. 10).

Здесь у вас может возникнуть вопрос: чем же тогда отличается отрезок оси вращения от высоты конуса? На самом деле они совпадают только в случае прямого конуса, если же вы будете рассматривать наклонный конус, то заметите, что это два совершенно разных отрезка (см. рис. 11).

Рис. 11. Высота в наклонном конусе

Вернемся к прямому конусу.

Рис. 12. Образующие конуса

Отрезки, соединяющие вершину конуса с точками окружности ее основания, называют образующими конуса. Кстати, все образующие прямого конуса равны между собой (см. рис. 12).

Рис. 13. Природные конусоподобные объекты

В переводе с греческого konos означает «сосновая шишка». В природе достаточно объектов, имеющих форму конуса: ель, гора, муравейник и др. (см. рис. 13).

Но мы-то привыкли, что конус - прямой. У него равные между собой образующие, а высота совпадает с осью. Такой конус мы назвали прямым конусом. В курсе школьной геометрии обычно рассматриваются именно прямые конусы, причем по умолчанию любой конус считается прямым круговым. Но мы уже говорили о том, что бывают не только прямые конусы, но и наклонные.

Рис. 14. Перпендикулярное сечение

Вернемся к прямым конусам. «Разрежем» конус плоскостью, перпендикулярной оси (см. рис. 14).

Какая же фигура окажется на срезе? Конечно же, круг! Вспомним, что плоскость проходит перпендикулярно оси, а значит, параллельно основанию, которое является кругом.

Рис. 15. Наклонное сечение

А теперь давайте постепенно наклонять плоскость сечения. Тогда наш круг начнет постепенно превращаться во все более вытянутый овал. Но только до тех пор, пока плоскость сечения не столкнется с окружностью основания (см. рис. 15).

Рис. 16. Виды сечений на примере морковки

Любители познавать мир экспериментальным путем могут в этом убедиться с помощью морковки и ножа (попробуйте отрезать от морковки пластинки под разным углом) (см. рис. 16).

Рис. 17. Осевое сечение конуса

Сечение конуса плоскостью, проходящей через его ось, называют осевым сечением конуса (см. рис. 17).

Рис. 18. Равнобедренный треугольник - фигура сечения

Здесь же мы получим совершенно другую фигуру сечения: треугольник. Данный треугольник является равнобедренным (см. рис. 18).

На этом уроке мы узнали о цилиндрической поверхности, видах цилиндра, элементах цилиндра и сходстве цилиндра с призмой.

Образующая конуса равна 12 см и наклонена к плоскости основания под углом 30 градусов. Найти площадь осевого сечения конуса.

Решение

Рассмотрим искомое осевое сечение. Это равнобедренный треугольник, в котором боковые стороны равны 12, а угол при основании - 30 градусов. Дальше можно действовать по-разному. Либо можно провести высоту, найти ее (половина гипотенузы, 6), потом основание (по теореме Пифагора, ), а затем площадь .

Рис. 19. Иллюстрация к задаче

Либо сразу найти угол при вершине - 120 градусов - и посчитать площадь как полупроизведение сторон на синус угла между ними (ответ будет, тот же).

1. Геометрия. Учебник для 10-11 классов. Атанасян Л.С. и др. 18-е изд. - М.: Просвещение, 2009. - 255 с.
2. Геометрия 11 класс, А.В. Погорелов, М.: Просвещение, 2002
3. Рабочая тетрадь по геометрии 11 класс, В.Ф. Бутузов, Ю.А. Глазков

1. Yaklass.ru ().
2. Uztest.ru ().
3. Bitclass.ru ().

Домашнее задание

← Вернуться