Как найти точки оо1

Для того, чтобы понять, что такое область определения функции, необходимо знать области определения основных элементарных функций. Для этого нужно разбираться в определенных понятиях и находить весомые аргументы и методы решения, что и предложено данной статьей. Будут рассмотрены  различные сложнейшие комбинации функций вида y=x+x-2 или y=5·x2+1·x3, y=xx-5 или y=x-15-3. Рассмотрим теорию  и решим несколько примеров с подобными заданиями, чтобы вам больше не нужно было определять все это онлайн.

Что значит найти область определения

После того как функция задается, указывается ее область определения. Иначе говоря, без области определения функция не рассматривается. При задании функции вида y=f(x) область определения не указывается, так как ее ОДЗ для переменной x будет любым. Таким образом, функция определена на всей области определения.

Область определения и область значения можно найти и для кубического корня (куб. √), к примеру, для x+2. 

Ограничение области определения

Область определения функции или ООФ рассматривается еще в школьном курсе алгебры. У действительных чисел она может быть (0, +∞) или такой [−3, 1)∪[5, 7). Еще по виду функции можно визуально узнавать ее ОДЗ. Рассмотрим, на что может указывать наличие области определения:

При отсутствии хотя бы одного признака, область определения приходится искать другим образом (и это не с калькулятором). Рассмотрим пример функции вида y=x4+2·x2-x+12+223·x. Видно, что никаких ограничений она не имеет, так как в знаменателе нет переменной.

Правила нахождения области определения

Для примера рассмотрим функцию типа y=2·x+1. Для вычисления ее значения можем определить x. Из выражения 2·x+1 видно, что функция определена на множестве всех действительных чисел. Рассмотрим еще один пример для подробного определения.

Если задана функция типа y=3x-1, а необходимо найти область определения, тогда понятно, что следует обратить внимание на знаменатель. Известно, что на ноль делить нельзя. Отсюда получаем, что 3x-1знаменатель равняется нулю при х=1, поэтому искомая область определения данной функции примет вид (−∞, 1)∪(1, +∞) и считается числовым множеством.

На рассмотрении примера y=x2-5·x+6 видно, что имеется подкоренное выражение, которое всегда больше или равно нулю. Значит запись примет вид x2−5·x+6≥0. После решения неравенства получим, что имеются две точки, которые делят область определения на отрезки, которые записываются как (−∞, 2]∪[3, +∞).

При подготовке ЕГЭ и ОГЭ можно встретить множество комбинированных заданий для функций, где необходимо в первую очередь обращать внимание на ОДЗ. Только после его определения можно приступать к дальнейшему решению.

Область определения суммы, разности и произведения функций

Перед началом решения необходимо научиться правильно определять область определения суммы функций. Для этого нужно иметь следующее утверждение:

Когда функция ff считается суммой n функций f1, f2, …, fn_, иначе говоря, эта функция задается при помощи формулы y=f1(x)+f2(x)+…+fn(x), тогда ее область определения считается пересечением областей определения функций  f1, f2, …, fn_. Данное утверждение можно записать как:

D(f)=D(f1)D(f2)…D(fn)

Поэтому при решении рекомендуется использование фигурной скобки при записи условий, так как это является удобным способом, чтобы понимать понимания перечисления числовых множеств.

Чтобы найти  область определения произведения функций необходимо применять правило:

Необходимо остановиться на нахождении области определения y=C·f(x), где С является действительным числом.  Отсюда видно, что ее областью определения и областью определения f совпадающими. 

Функция y=C·f(x) – произведение постоянной функции и f. Область определения – это все действительные числа области определения D(f). Отсюда видим, что область определения функции y=C·f(x) является -∞, +∞D(f)=D(f).

Естестввенным образом получили, что область определения y=f(x) и y=C·f(x), где C является некоторое действительное число, совпадают. Это видно на примере определения корня y=x считается [0, +∞), потому как область определения функции y=-5·x – [0, +∞).

Области определения y=f(x) и y=−f(x) совпадают , что говорит о том, что его область определения разности функции такая же, как и область определения их суммы.

Необходимо озвучить утверждение о том, что областью определения y=anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0 является множество действительных чисел.

Рассмотрим y=anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0, где  в правой части имеется многочлен с одной переменной стандартного вида в виде степени n с действительными коэффициентами. Допускается рассматривать ее в качестве суммы (n+1)-ой функции. Область определения для каждой из таких функций включается множество действительных чисел, которое называется R.

Область определения сложной функции

Для решения данного вопроса необходимо рассмотреть сложную функцию вида  y=f1(f2(x)). Известно, что D(f) является множеством всех x из определения функции f2, где область определения f2(x) принадлежит области определения f1.

Видно, что область определения сложной функции вида y=f1(f2(x)) находится на пересечении двух множеств таких, где x∈D(f2) и f2(x)∈D(f1). В стандартном обозначении это примет вид

x∈D(f2)f2(x)∈D(f1)

Рассмотрим решение нескольких примеров.

Постепенно подошли к тому, что будем работать со сложными функциями общего вида y=f1(f2(…fn(x)))). Область определения такой функции ищется из x∈D(fn)fn(x)∈D(fn-1)fn-1(fn(x))∈D(fn-2)…f2(f3(…(fn(x)))∈D(f1).

При решении примеров были взяты функции, которые были составлены при помощи элементарных функций, чтобы детально рассмотреть область определения.

Область определения дроби

Рассмотрим функцию вида f1(x)f2(x). Стоит обратить внимание на то, что данная дробь определяется из множества обеих функций, причем f2(х) не должна обращаться  в ноль. Тогда получаем, что область определения f для всех x записывается в виде x∈D(f1)x∈D(f2)f2(x)≠0.

Запишем функцию y=f1(x)f2(x) в виде y=f1(x)·(f2(x))-1. Тогда получим произведение функций вида y=f1(x) с y=(f2(x))-1. Областью определения функции y=f1(x) является множество D(f1), а для сложной y=(f2(x))-1 определим из системы вида x∈D(f2)f2(x)∈(-∞, 0)∪(0, +∞)⇔x∈D(f2)f2(x)≠0.

Значит, x∈D(f1)x∈D(f2)f2(x)∈(-∞, 0)∪(0, +∞)⇔x∈D(f1)x∈D(f2)f2(x)≠0.

Действия с корнями

Корни в математике, в частности, функцию с корнем можно определить следующим образом:

y=n√x. N здесь — натуральное число, большее за единицу.

Область определения корня зависит от того, каков показатель: четный или нечетный.

Если n является четным числом (n=2m). Это значит, что область определения представляет собой множество всех неотрицательных действительных чисел.

Если показатель корня — нечетное число, большее за единицу (n=2m+1 и m принадлежит к n), то областью определения корня будет множество всех действительных чисел.

Также важным является вопрос, как складывать корни.

Сложение и вычитание корней возможно при условии наличия одинакового подкоренного выражения. К примеру, сложение и вычитание корней возможно 2√3 и 4√3. Можно ли складывать корни или вычитать в случае 2√3 и 2√5? Ответ — нет.

Как решать корни во втором случае? Вы можете упростить подкоренное выражение и привести их корни к одинаковому подкоренному выражению. После этого вы сможете как считать корни, так и вычитать корни.

К основным действиям с корнями относят:

• умножение корней;
• деление корней;
• корень минус корень или плюс.

Область определения логарифма с переменной в основании

К аналогичному заключению можно прийти, когда функцию можно изобразить в таком виде:

y=logaf1(x)logaf2(x), a>0, a≠1. После чего можно приступать к области определения дробной функции.

Область определения логарифмической функции – это множество действительных положительных чисел, тогда области определения сложных функций типа y=logaf1(x) и y=logaf2(x) можно определить из получившейся системы вида x∈D(f1)f1(x)>0 и x∈D(f2)f2(x)>0. Иначе эту область можно записать в виде y=logaf1(x)logaf2(x), a>0, a≠1, что означает нахождение y=logf2(x)f1(x) из самой системы вида

x∈D(f1)f1(x)>0x∈D(f2)f2(x)>0logaf2(x)≠0=x∈D(f1)f1(x)>0x∈D(f2)f2(x)>0f2(x)≠1

Область определения показательно-степенной функции

Показательно-степенная функция задается формулой вида y=(f1(x))f2(x).  Ее область определения  включает в себя такие значения x, которые удовлетворяют системе x∈D(f1)x∈D(f2)f1(x)>0.

Эта область позволяет переходить от показательно-степенной к сложной вида y=aloga(f1(x))f2(x)=af2(x)·logaf1(x), где где a>0, a≠1.

В общем случае

Для решения обязательным образом необходимо искать область определения, которая может быть представлена в виде суммы или разности функций, их произведений. Области определения сложных и дробных функций нередко вызывают сложность. Благодаря выше указанным правилам можно правильно определять ОДЗ и быстро решать задание на области определения.

Таблицы основных результатов

Весь изученный материал поместим для удобства в таблицу для удобного расположения и быстрого запоминания.

Расположим функции и их области определения.

Отметим, что преобразования можно выполнять, начиная с правой части выражения. Отсюда видно, что допускаются тождественные преобразования, которые на область определения не влияют. Например, y=x2-4x-2 и y=x+2 являются разными функциями, так как первая определяется на (−∞, 2)∪(2, +∞),  а вторая из множества действительных чисел.  Из преобразования y=x2-4x-2=x-2x+2x-2=x+2 видно, что  функция имеет смысл при x≠2.

Взаимное пересечение поверхностей тел с примерами и образцами выполнения

Содержание:

Взаимное пересечение поверхностей. Поверхности могут взаимно пересекаться. При этом линии одной поверхности пересекаются с другой поверхностью и образуют точки, которые в совокупности представляют линию пересечения.

Пересечение прямой линии с поверхностями тел

Конструкции деталей можно рассматривать как сочетание различных геометрических тел. Необхо­димо уметь строить линии пересечения поверхнос­тей этих тел. Пример, где требуется подобное по­строение, показан на рис. 195, на котором изо­бражен бункер, ограниченный цилиндрической поверхностью А, пересекающейся с конической поверхностью Б и поверхностью пирамиды В.

В зависимости от вида поверхностей тел линии пересечения могут быть лекальными кривыми или ломаными.

Для решения задач на построение линий пере­сечения поверхностей необходимо предварительно усвоить построение точек пересечения прямой с поверхностями различных геометрических тел.

Если прямая пересекается с поверхностью тела, получаются две точки, одновременно принадлежа­щие как поверхности тела, так и прямой линии. Такие точки называются точками входа и выхода (рис. 196. а; точки N и М). Для нахождения этих точек выполняются построения в следующем по­рядке.

Через данную прямую проводят вспомогатель­ную плоскость (обычно проецирующую). Напри­мер, на рис. 196, а, где изображено пересечение прямой АВ с поверхностью пирамиды, через пря­мую проведена вспомогательная горизонтально-проецирующая плоскость Р. Затем находят линии пересечения вспомогательной плоскости с повер­хностью данного геометрического тела (линии КС и ЕD). На пересечении полученных линий с за­данной прямом находят искомые точки (точки N и М).

На комплексном чертеже точки входа и выхода определяют следующим образом (рис. 196. б). Горизонтальные проекции kс и ed прямых КС и ED совпадают с горизонтальным следом плоскости Р_H. Фронтальные проекции точек k‘, с’, е’ и d‘ определяют, пользуясь вертикальными линиями связи, проведенными из точек k, с, е и d до пере­сечения с фронтальными проекциями основания пирамиды. Соединяют точки k‘ с с’ и е’ с d‘ прямыми. На пересечении фронтальных проекций найденных прямых с проекцией а’Ь’ данной пря­мой получают фронтальные проекции n‘ и т’ искомых точек входа и выхода. Проведя через них вертикальные линии связи, находят горизонталь­ные проекции п и т этих точек.

В некоторых частных случаях можно обой­тись без применения вспомогательной плоскос­ти. Например, точки входа и выхода прямой АВ с поверхностью прямого кругового цилин­дра (рис. 197, а) определяют следующим образом.

Горизонтальная проекция цилиндрической по­верхности представляет собой окружность, поэто­му горизонтальные проекции всех точек, располо­женных на цилиндрической поверхности, в том числе и двух искомых точек, будут расположены на этой окружности (рис. 197, а).

Фронтальные проекции n‘ и m‘ искомых точек определяют, проводя через точки n и m верти­кальные линии связи до встречи с данной фрон­тальной проекцией а’Ь’ прямой АВ.

На рис. 197, б, в показано построение точек входа и выхода прямой АВ и поверхности прямого кругового конуса. Через прямую АВ проводят вспомогательную плоскость Р, проходящую через вершину конуса. Плоскость Р пересечет конус по образующим SH₃ SH_4.

На комплексном чертеже изображение плос­кости Р строят следующим образом. На прямой АВ берут произвольную точку К и соединяют ее с вершиной S конуса прямой линией. Две пересе­кающиеся прямые АВ и SK определяют плоскость Р.

Чтобы найти точки входа и выхода, необходимо построить горизонтальные проекции образующих SH₃ и SH₄. Для этого продолжим s’k’ и а’b‘ до пересечения с осью х в точках h‘₂ и h‘₁. Опустим линию связи из точки k‘ до пересечения с ab, полученную точку k соединим с s. Продлим гори­зонтальную проекцию прямой SK до пересечения с линией связи, опушенной из точки h‘₂, получим точку h₂. Из точки h‘₁ проведем линию связи до пересечения с продолжением прямой ab, получим точку h₁. Через следы h₁ и h₂ пройдет горизон­тальный след плоскости Р. Точки h₁ и h₂ соеди­ним прямой и получим горизонтальный след Р_Н плоскости Р.

Основание конуса является горизонтальным следом конической поверхности. Поэтому, опреде­лив точки пересечения этого следа со следом Р_Н плоскости Р, можно найти и те две образующие, по которым коническая поверхность пересекается вспомогательной плоскостью Р. На комплексном чертеже горизонтальная проекция основания ко­нуса (окружность) пересекается со следом Р_Н в точках h₃ и h₄. Эти точки соединяют с вершиной s и получают следы sh₃ и sh₄ образующих SH₃ и SH₄.

На пересечении найденных образующих с дан­ной прямой АВ находят искомые точки М и N — точки входа и выхода прямой АВ с конической поверхностью.

Горизонтальные проекции точек т и n находят на пересечении горизонтальных проекций обра­зующих sh₃ и sh₄ с горизонтальной проекцией прямой ab. Через точки m и n проводят вертикальные линии связи до пересечения а’b‘ и нахо­дят фронтальные проекции т‘ и n‘ точек входа и выхода.

Точки входа и выхода прямой АВ с повер­хностью сферы (рис. 198) находят, проведя через прямую АВ вспомогательную фронтально-проецирующую плоскость Р.

Вспомогательная плоскость Р пересекает сферу по окружности, которая проецируется на плос­кость Н в виде эллипса, что затрудняет построе­ние. Поэтому в данном случае необходимо приме­нить способ перемены плоскостей проекций. Но­вую плоскость проекций выбирают так, чтобы вспомогательная плоскость Р была бы ей парал­лельна, т.с. следует провести новую ось проекций x₁ так. чтобы она была параллельна фронтальной проекции а’b‘ прямой АВ (для упрощения по­строении на рис. 198 ось x₁ проведена через про­екцию а’b‘).

Затем необходимо построить новую горизон­тальную проекцию a₁b₁ прямой АВ и новую го­ризонтальную проекцию окружности диаметра D, по которой плоскость Р пересекает сферу. На пересечении новых горизонтальных проекций двух искомых точек m_> и n_> Обратным построе­нием определяем фронтальные т’ и n‘ и горизон­тальные т и п проекции точек входа и выхода.

Линии пересечения и перехода

Многие детали машин представляют собой кон­струкции из пересекающихся геометрических тел. Общая линия пересекающихся поверхностей на­зывается линией пересечения.

На чертежах линии пересечения поверхностей изображаются сплошной основной линией (рис. 199, а). В местах перехода поверхностей литых и штампованных деталей нет четкой линии пересечения. Воображаемая линия пересечения называется линией перехода и условно изобража­ется на чертежах сплошной тонкой линией. Эта линия начинается и заканчивается в точках пере­сечения продолжения контура взаимно пересека­ющихся поверхностей (рис. 199. б).

Встречаются детали, имеющие всевозможные линии пересечения и перехода поверхностей. Особенно много линий перехода у поверхностей дета­лей, изготовленных литьем.

На рис. 200, а на приборе для испытания твер­дости видны линии переходов различных повер­хностей.

Кожух и крышка смесительного аппарата (рис. 200. б) имеют разнообразные линии перехо­да. Здесь можно видеть линии взаимного пересе­чения цилиндрических и других поверхностей.

Построение линий пересечения и перехода поверхностей при выполнении чертежей трубопрово­дов, вентиляционных устройств, резервуаров, кожухов машин, станков требует точности.

Общие правила построения линий пересечения поверхностей

Метод построения линий пересечения повер­хностей тел заключается в проведении вспомога­тельных секущих плоскостей и нахождении от­дельных точек линий пересечения данных повер­хностей в этих плоскостях.

Построение линии пересечения поверхностей тел начинают с нахождения очевидных точек. Например, на рис. 201, где изображены линии пересечения призмы с конусом, такими точками являются точки А и В. Затем определяют харак­терные точки, расположенные, например, на очерковых образующих поверхностей вращения или крайних ребрах, отделяющих видимую часть линий перехода от невидимой. На рис. 201 это точки С и D. Они располагаются на крайних ребрах верхней горизонтальной грани призмы.

Все остальные точки линии пересечения назы­ваются промежуточными (например, точки Е и F). Обычно их определяют с помощью вспомога­тельных параллельных секущих плоскостей (рис. 201, а).

В качестве вспомогательных плоскостей выби­рают такие плоскости, которые пересекают обе заданные поверхности по простым линиям — пря­мым или окружностям, причем окружности до­лжны располагаться в плоскостях, параллельных плоскостям проекций.

В данном примере плоскость Р рассекает конус по окружности (рис. 201, в), с помощью которой находят горизонтальные проекции точек е и f.

Во всех случаях. перед тем как строить линию пересечения поверхностей на чертеже, необходи­мо представить себе эту линию в пространстве (рис. 201, б).

Пересечение поверхностей цилиндра и призмы

На рис. 202 показано построение проекции линий пересечения поверхности треугольной при­змы с поверхностью прямого кругового цилиндра. Боковые грани призмы перпендикулярны плоскос­ти V (рис. 202, а), поэтому фронтальная проекция линий пересечения поверхностей этих тел совпа­дает с фронтальной проекцией основания призмы. Горизонтальные проекции линий пересечения поверхностей совпадают с горизонтальной проек­цией цилиндра и являются окружностью. Про­фильные проекции точек А и Е находим по гори­зонтальным и фронтальным проекциям с по­мощью линий связи. Для построения проекций промежуточных точек В, С, D используем вспомо­гательные секущие плоскости Р_V, Р_V1 и Р_V2, c помощью которых находим фронтальные проек­ции b‘, с’. d‘ точек B, С. D.

В данном примере можно обойтись без вспомо­гательных секущих плоскостей, намечая произво­льно на фронтальной проекции точки b‘, с’, d‘.

Опуская линии связи на горизонтальную проек­цию, находим горизонтальные проекции с, Ь, d точек С, В, D. На профильной проекции с помощью линий связи находим проекции Ь”, с”, d“.

На рис. 202, б показано построение изометри­ческой проекции. После построения изометричес­кой проекции цилиндра, используя размеры т и п (рис. 202, а), строят изометрическую проекцию основания призмы, на котором находят точки 1, 2. 3. 4. 5. От этих точек откладывают расстояния 1“е”. 2“d“ и т.п., взятые с профильной проекции комплексного чертежа, и находят точки А, В. С, D. Е

На изометрической проекции линия пересече­ния поверхностей цилиндра и призмы получается соединением точек А, В. С, D, Е, которые строят­ся но координатам, взятым с комплексного чертежа.

Пересечение цилиндрических поверхностей

При выполнении машиностроительных черте­жей наиболее часто встречается случай пересече­ния двух цилиндрических поверхностей, оси кото­рых расположены под углом 90 0 .

Разберем пример построения линии пересече­ния поверхностей двух прямых круговых цилин­дров. оси которых перпендикулярны к плоскостям проекций (рис. 203, а).

В начале построения, как известно, находим проекции очевидных точек 1, 7 и 4.

Построение проекций промежуточных точек показано на рис. 203, б. Если в данном примере применить общий способ построения линий пере­сечения с помощью вспомогательных взаимно параллельных плоскостей, пересекающих обе цилин­дрические поверхности по образующим, то на пересечении этих образующих будут найдены искомые промежуточные точки линии пересече­ния (например, точки 2, 3, 5 на рис. 203, а). Од­нако в данном случае выполнять такое построение нет необходимости по следующим соображениям.

Горизонтальная проекция искомой линии пере­сечения поверхностей совпадает с окружностью — горизонтальной проекцией большого цилиндра. Профильная проекция линии пересечения также совпадает с окружностью — профильной проекци­ей малого цилиндра. Таким образом, фронталь­ную проекцию искомой линии пересечения легко найти по общему правилу построения кривой линии по точкам, когда две проекции точек извес­тны. Например, по горизонтальной проекции точ­ки 3 (рис. 203, б) находят профильную проекцию 3″. Но двум проекциям 3 и 3″ определяют фрон­тальную проекцию 3′ точки 3. принадлежащей линии пересечения цилиндров.

Построение изометрической проекции пересека­ющихся цилиндров начинают с построения изометрической проекции вертикального цилин­дра. Далее через точку а₁ параллельно оси х про­водят ось горизонтального цилиндра. Положение точки О₁ определяется величиной h₁, взятой с комплексного чертежа (рис. 203, б). Отрезок, равный h, откладываем от точки О вверх по оси z (рис. 203, в). Откладывая от точки О₁ по оси горизонтального цилиндра отрезок l, получим точку О₂ — центр основания горизонтального цилиндра.

Изометрическая проекция линии пересечения поверхностей строится по точкам с помощью трех координат. Однако в данном примере искомые точки можно построить иначе.

Так, например, точки 3 и 2 строят следующим образом. От центра О₂ (рис. 203, в) вверх, парал­лельно оси z, откладывают отрезки т и п, взятые с комплексного чертежа. Через концы этих отрез­ков прямые, параллельные оси у, до пересечения с основанием горизонтального цилиндра в точках 3₁ и 2₁. Затем из точек 1. 3 проводят прямые, параллельные оси х, и на них откладывают отрез­ки, равные расстоянию от основания горизонтального цилиндра до линии пересечения, взятые с фронтальной или горизонтальной проекции комплексного чертежа. Конечные точки этих отрезков будут принадлежать линии пересечения. Через полученные точки проводят по лекалу кривую, выделяя се видимые и невидимые части.

Пример взаимного пересечения цилиндрических поверхностей с осями, перпендикулярными друг к другу, приведен на рис. 204, а. Одна цилиндрическая поверхность корпуса имеет вертикальную ось, а другая (половина цилиндра) — горизонталь­ную.

Если диаметры пересекающихся цилиндричес­ких поверхностей одинаковы. то профильная про­екция линии пересечения представляет собой две пересекающиеся прямые (рис. 204, б).

Если пересекающиеся цилиндрические поверхности имеют оси, расположенные под углом, отличным от прямого угла, то линию их пересечения строят с помощью вспомогательных секущих плоскостей или другими способами (например, способом сфер).

Пересечение поверхностей многогранников

При пересечении двух многогранников линия пересечения поверхностей представляет собой ломаную линию.

Если ребра двух призм взаимно перпендикуляр­ны (рис. 205, а), то линия пересечения призм строится следующим образом.

Горизонтальная и профильная проекции линии пересечения совпадают соответственно с горизон­тальной проекцией пятиугольника (основания одной призмы) и с профильной проекцией четырехугольника (основания другой призмы). Фрон­тальную проекцию ломаной линии пересечения строят по точкам пересечения ребер одной призмы с гранями другой.

Например, взяв горизонтальную 1 и про­фильную 1″ проекции точки 1 пересечения ребра пятиугольной призмы с гранью четырех­угольной (рис. 205, а) и пользуясь известным приемом построения, с помощью линии связи можно легко найти фронтальную проекцию 1′ точки 1, принадлежащей линии пересечения призм.

Изометрическая проекция двух пересекающих­ся призм (рис. 205, б) может быть построена по координатам соответствующих точек.

Например, изометрическую проекцию двух точек 5 и 5₁, симметрично расположенных на левой грани пятиугольной призмы, строят так. Принимая для удобства построений за начало координат точку О, лежащую на верхнем основа­нии пятиугольной призмы, откладываем влево от О по оси х отрезок ОЕ, величину которого берут с комплексного чертежа на фронтальной или горизонтальной проекции. Далее из точки Е вниз параллельно оси z откладываем отрезок EF, рав­ный а, и, наконец, от точки F влево и вправо параллельно оси у откладываем отрезки F5 и F5_1, равные с/2.

Далее от точки F параллельно оси х откладыва­ем отрезок n, взятый с комплексного чертежа. Через его конец проводим прямую, параллельную оси у, и откладываем на ней отрезок, равный с. Вниз параллельно оси z откладываем отрезок, равный Ь, и параллельно у — отрезок, равный k. В результате получаем изометрию основания че­тырехугольной призмы.

Точки 1 и 4 на ребрах пятиугольной призмы можно построить, используя только одну коорди­нату z.

Примеры, где требуются подобные построения, показаны на рис. 206, на которых видны линии пересечения поверхностей призм.

Линию пересечения поверхностей четыреху­гольной призмы с четырехугольной пирамидой (рис. 207, а) строят по точкам пересечения ребер одного многогранника с гранями другого многогранника.

Например, проекции точек 1 и 3 искомой ли­нии пересечения находят следующим образом. Фронтальные проекции 1‘ и 3′ очевидны. Про­фильные проекции 1“ и 3“ и горизонтальные 1 и 3 находят с помощью линий связи. Аналогично находят точки 2 и 4.

Линию пересечения поверхностей четыреху­гольной призмы с четырехугольной пирамидой (рис. 207, а) строят по точкам пересечения ребер одного многогранника с гранями другого многогранника.

Например, проекции точек 1 и 3 искомой ли­нии пересечения находят следующим образом. Фронтальные проекции 1‘ и 3′ очевидны. Про­фильные проекции 1“ и 3“ и горизонтальные 1 и 3 находят с помощью линий связи. Аналогично находят точки 2 и 4.

На рис. 207, б и в показана последовательность построения диметрической проекции. Сначала строят пирамиду. Для построения призмы от точ­ки О откладывают отрезок ОО₁, взятый с фрон­тальной проекции комплексного чертежа (О’ О’₁ ). и получают точку О₁ (рис. 207, б). Через точку О₁ проводят параллельно оси х ось симметрии призмы и по ней от точки откладывают вправо и влево половины высоты призмы. Через точки О₂ и О₃ проводят прямые, параллельные осям у и z, на которых откладывают соответственно половину и целую длину диагоналей четырехугольника основания призмы. Соединив концы диагоналей прямыми, получают диметрическую проекцию основания призмы.

Диметрические проекции точек пересечения 2. 4, б. 8 ребер призмы и пирамиды получаются без дополнительных построений (рис. 207, в).

Диметрические проекции точек пересечения 1, 3, 5. 7 ребер пирамиды с гранями призмы находят по координатам известным способом.

В этом примере диметрические проекции точек 1, 3, 5 и 7 можно построить иначе. От середины левого основания призмы — точки О₂ — отклады­ваем вверх и вниз по оси z соответственно отрезки т и n, взятые с комплексного чертежа. Через концы отрезков т и n проводят прямые, парал­лельные оси у, до пересечения с контуром основания призмы в точках А, В, С и D. Через эти точ­ки проводят прямые, параллельные оси х, до пе­ресечения с ребрами пирамиды. В результате по­лучают искомые точки 1, 3, 5 и 7.

На рис. 208 показан корпус оптического компа­ратора, который имеет элементы пересечения поверхностей пирамид и призм. На рисунке видна линия пересечения поверхностей этих тел.

Пересечение поверхностей цилиндра и конуса

Пример пересечения поверхностей цилиндра и конуса показан на рис. 209, б. Построение линии пересечения поверхностей прямого кругового усе­ченного конуса, имеющего вертикальную ось, с цилиндром, расположенным горизонтально, пока­зано на рис. 209, а. Оси цилиндра и конуса пере­секаются в точке О₁ и лежат в одной плоскости.

Как и ранее, сначала определяют проекции очевидных 1, 7 и характерных 4, 10 точек линии пересечения.

Для определения промежуточных точек прово­дят вспомогательные горизонтальные секущие плоскости Р₁…Р₅. (рис. 209, а). Они будут рассе­кать конус по окружности, а цилиндр по образую­щим (рис. 209, б). Искомые точки линии пересе­чения находятся на пересечении образующих с окружностями.

Для определения горизонтальных проекций точек пересечения из центра O₁ проводят горизонтальные проекции дуг окружностей (рис. 209, а), по которым вспомогательные плос­кости Р₁…Р₅ пересекают конус. Размеры радиусов этих дуг окружностей взяты с профильной про­екции.

Так как профильные проекции точек 1“… 12“ известны, то, проводя линии связи до пересечения с соответствующими дугами окружностей, находят горизонтальные проекции точек 1… 12. Используя линии связи, по двум имеющимся проекциям, профильной и горизонтальней, находим фронталь­ные проекции точек пересечения 1‘. 12’.

Полученные на фронтальной и горизонтальной проекциях точки, принадлежащие к линии пере­сечения. обводят по лекалу.

На горизонтальной проекции часть линии пере­сечения будет видимой, а часть — невидимой. Границу этих частей линии пересечения определяют с помощью вспомогательной секущей плос­кости Р₃, проведенной через ось цилиндра. Точки, расположенные над плоскостью Р₃ (см. профиль­ную проекцию), будут на плоскости Н видимы, а точки, расположенные под плоскостью Р_3,— неви­димы.

Изометрическую проекцию пересекающихся поверхностей цилиндра и конуса вычерчивают в такой последовательности. Вначале выполняют изометрическую проекцию конуса (рис. 209, в). Затем от центра О нижнего основания конуса по его оси вверх откладывают координату ОО₁ = h и получают точку О₁, через которую проводят ось цилиндра параллельно изометрической оси х. От точки О₁ по этой оси откладывают координату х = О₁О₂ точки О₂ — центра окружности основания цилиндра.

Для построения линии пересечения находят изометрические проекции точек этой линии с помощью их координат, взятых с комплексного чертежа. За начало координат принимается точка О₂ (центр основания цилиндра). Параллельно оси у проводят до пересечения с овалом следы плос­костей сечения с координатами по оси z, взятых с профильной проекции. Из полученных точек А, В, С. параллельно оси х проводят прямые — об­разующие цилиндра, на них откладывают ко­ординаты Al, В2, . взятые с фронтальной проекции комплексного чертежа, и получают точки 2. 12, принадлежащие искомой линии пере­сечения.

Через найденные точки проводят кривую ли­нию по лекалу.

На рис. 210 показана деталь. Линию пересечения конической поверхности с цилиндрической строят описанным выше спосо­бом.

Построение линии пересечения поверхностей цилиндра и конуса, оси которых параллельны (рис. 211), аналогично построению, рассмотренно­му на рис. 209.

Выбирают вспомогательные горизонтальные плоскости, например Р₁, Р₂ и Р₃, которые пересекают конус и цилиндр по окружностям (рис. 211, б). Диаметр окружностей, образованных в результате пересечения этих плоскостей с ци­линдрам, одинаков и равен D; диаметры окруж­ностей, полученных в результате пересечения плоскостей с конусом, — различные. Взаимное пересечение горизонтальных проекций этих ок­ружностей дают искомые горизонтальные проек­ции точек 1. 9 линии пересечения (рис. 211, а). Фронтальные проекции 1′. 9′ этих точек находят с помощью линий связи на фронтальных следах Р_V1, Р_V2, Р_V3 вспомогательных плоскостей. Про­фильные проекции точек строят по двум их извес­тным проекциям.

Характерными точками в данном примере явля­ются: высшая точка линии пересечения — точка 5, нахождение проекций которой начинают с име­ющейся горизонтальной проекции, и точки 1, 9

Точки 1 и 9 получились от пересечения основа­ний цилиндра и конуса.

Построение изометрической проекции пересекающихся конуса и цилиндра (рис. 211, в) выполня­ется по этапам, подробно описанным в предыдущем примере (см. рис. 209, в). Построение начи­нается проведением изометрических осей конуса и цилиндра, затем их оснований (эллипсов) с центрами на расстоянии друг от друга, определяе­мом координатой n₃. Для построения линий пере­сечения находят изометрические проекции точек этой линии с помощью координат, взятых с чер­тежа.

На рис. 212 показана деталь, имеющая форму двух цилиндров, пересекающихся с конусом. Оси цилиндра и конуса параллельны.

Примеры пересечения поверхностей даны на рис. 213. Линии пересечения показаны красным цветом.

Пересечение поверхностей сферы и цилиндра

Прямой круговой цилиндр, расположенный перпендикулярно плоскости Н, пересекается с шаром, центр которого расположен на оси цилин­дра, по окружности, которая изображается на фронтальной проекции отрезком прямой (рис 214). Проводя через точки А и В пересече­ния контурных образующих цилиндра и очерка шара вспомогательную горизонтальную плоскость Р, заметим следующее. Плоскость Р пересечет как цилиндр, так и шар по окружности одинакового диаметра, которая расположена в проецирующей плоскости. Следовательно, се фронтальная проек­ция будет изображаться в виде прямой а’b’.

При пересечении поверхности конуса или по­верхности вращения с шаром, центр которого расположен на оси этих поверхностей, также по­лучается окружность (рис. 214, а).

Если центр шара расположен вне оси цилиндра (рис. 214, б), то для построения линии пересече­ния применяют вспомогательные горизонтальные плоскости. Например, вспомогательная горизонтальная плоскость Р пересекает цилиндр по ок­ружности радиуса r, а шар — по окружности ради­уса R. Точки пересечения а и b горизонтальных проекций этих окружностей принадлежат горизонтальной проекции линии пересечения. Фронтальные проекции а’ и b‘ строят, используя ли­нии связи.

Одной из характерных точек данной линии пересечения является верхняя точка D. Горизон­тальная проекция этой точки находится на пере­сечении прямой, соединяющей центры окружнос­тей радиусов r и R с горизонтальной проекцией основания цилиндрической поверхности. Для по­строения фронтальной проекции точки D через точку d проводят дугу радиуса r₁, строят фрон­тальную проекцию дуги (отрезок прямой, парал­лельной оси х) и с помощью линии связи находят точку d’.

Пересечение поверхностей тора и цилиндра

Патрубок, форма которого образована пересека­ющимися поверхностями тора и цилиндра, пока­зан на рис. 215. Выполнен комплексный чертеж с построением линии пересечения поверхностей и тора, и цилиндра. В этом примере очевидные точки 1 и 5. Для определения проекций промежу­точных точек используют вспомогательные плос­кости Р_Н и P_Н1, параллельные фронтальной плос­кости проекции. Например, плоскость Р_Н пересе­кает поверхность тора по окружности радиуса R, а поверхность цилиндра — по двум образующим Взаимное пересечение этих образующих с дугою окружности радиуса R дает на фронтальной про­екции две точки 2′ и 4′, принадлежащие искомой линии пересечения.

Построение линий пересечения поверхностей способом вспомогательных сфер

Для построения линии пересечения поверхнос­тей вместо вспомогательных секущих плоскостей при определенных условиях удобно применять вспомогательные сферические поверхности.

В отличие от метода вспомогательных секущих плоскостей метод вспомогательных сфер имеет преимущество, так как при построении фронтальной проекции линии пересечения поверхностей не используются две другие проекции пересекающих­ся поверхностей (рис. 216).

Вспомогательные сферические поверхности для построения линий пересечения поверхностей тел можно применять лишь при следующих условиях:

а) пересекающиеся поверхности должны быть поверхностями вращения;

б) оси поверхностей вращения должны пересе­каться; точка пересечения осей является центром вспомогательных сфер;

в) оси поверхностей вращения должны быть параллельны какой-либо плоскости проекций.

Примеры применения вспомогательных сфери­ческих поверхностей показаны на рис. 216, а и б.

На рис. 216, а дано построение фронтальных проекций линии пересечения поверхностей двух цилиндров, оси которых пересекаются под острым углом.

Вспомогательные сферические поверхности проводят из точки О’ пересечения осей цилин­дров.

Построим, например, фронтальную проекцию некоторой промежуточной точки линии пересече­ния. Для этого из точки О’ проводят сферичес­кую поверхность радиуса R, которая на данной проекции изобразится в виде окружности этого же радиуса. Окружность радиуса R пересечет горизонтальный цилиндр по окружностям диаметра АС и ВD, а наклонно расположенный цилиндр — по окружностям диаметра АВ.

В пересечении полученных проекций окружнос­тей — отрезков а’b’ и c‘d‘— находят проекцию 2′ промежуточной точки линии пересечения.

Вводя еще целый ряд вспомогательных сфери­ческих поверхностей, можно построить необходи­мое число точек линии пересечения.

Пределы радиусов сферических поверхностей находят следующим образом (рис. 216, а и б): наибольшая окружность сферической поверхности должна пересекаться с контурными образующими 1—1 и II— II цилиндра и наименьшая должна быть касательной к одной из данных пересекающихся поверхностей и пересекаться с образующими дру­гой поверхности.

Если поверхности двух конусов (рис. 217, а) описаны около шара, то они касаются шара по двум окружностям; эти окружности пересекаются в двух точках, которые проецируются на фрон­тальную плоскость проекций в точку р’. Плоскости, в которых лежат эти окружности, пересекают­ся по прямой, соединяющей точки пересечения линий касания конусов с шаром. Окружности проецируются на фронтальную плоскость проек­ций в виде прямых линий.

Соединив очевидную точку s’ пересечения конусов с точкой р‘, получим линию пересечения конусов с шаром, которая представляет собой фронтальную проекцию эллипса.

Разберем второй подобный пример. Если два прямых круговых цилиндра с осями, пересекаю­щимися в точке О’ (рис. 217, б), описаны около шара с центром в точке О, то фронтальная про­екция шара будет окружностью, касательной к контурным образующим цилиндров. Линии пере­сечения поверхностей этих цилиндров представля­ют собой эллипсы, фронтальные проекции кото­рых изображаются в виде прямых линий а’b‘ и c’d’.

Примеры и образцы решения задач:

Услуги по выполнению чертежей:

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.

Построение линии пересечения поверхностей с примерами

Содержание:

Построение линии пересечения поверхностей:

Предложенные задания охватывают задачи не на все методы построения линий пересечения поверхностей, а только наиболее распространенные. Ниже приведены решения типовых задач, когда применены различные способы в зависимости от формы и расположения пересекающихся поверхностей.

Одна из поверхностей занимает частное (проецирующее) положение

Задание: даны две поверхности:

Решение: поверхность цилиндра перпендикулярна к

Ниже приводится построение горизонтальной проекции только одной точки 1 (рис. 13.1). Из этой точки вниз проводят линию проекционной связи. Одновременно из этой же точки радиусом проводят дугу окружности, на которой лежит эта точка, как принадлежащая тору, и находят проекцию этой окружности на горизонтальной проекции тора – это прямая линия, параллельная оси x. Она проходит через точку (точка пересечения окружности, проходящей через точку 1, с окружностью тора, лежащей на ). Горизонтальная проекция точки 1 находится на пересечении линии проекционной связи, проведенной из точки , с горизонтальной проекцией окружности тора, на которой лежит точка 1. Остальные точки строят аналогично точке 1 (рис. 13.2).

Точки 4 и 9 определяют видимость линии пересечения на горизонтальной проекции, а точки 1 и 2 наиболее удаленные от контура на горизонтальной проекции. Эту задачу можно решать и методом вспомогательных секущих плоскостей, который рассматривается далее.

Метод вспомогательных секущих плоскостей

Этот метод применяется для построения линии пересечения двух поверхностей, когда секущие (параллельные) плоскости при пересечении с данными поверхностями образуют простые для построения линии (прямую или окружность).

Задание: даны поверхности конуса и цилиндра Ф (рис. 13.3). Требуется построить линию их пересечения.

Решение: ось цилиндра перпендикулярна к плоскости , следовательно, поверхность цилиндра – проецирующая. В этом случае задача может быть решена так, как это было разобрано в предыдущем (п. 13.1.1) примере. Для этого определяют характерные -наивысшую и низшую точки линии пересечения 1 и 2, лежащие на пересечении фронтальной проекции цилиндра с очерковой образующей конуса. Их горизонтальные проекции принадлежат горизонтальной проекции очерковой образующей конуса (, совпадают с осевой линией конуса). Точки 3 и 4 определяют видимость линий пересечения на горизонтальной проекции.

Для определения их горизонтальных проекций через ось цилиндра параллельно проводят вспомогательную секущую плоскость Г (ее фронтальный след ).

Эта плоскость рассечет цилиндр по очерковым образующим, а конус по окружности радиуса R, которая на будет проецироваться в натуральную величину. Пересечение этой окружности с очерковыми образующими цилиндра есть не что иное, как горизонтальные проекции характерных точек (рис. 13.3).

Построение промежуточных точек аналогично построению точек 3 и 4, только образующие, по которым вспомогательная плоскость будет рассекать цилиндр, не будут очерковыми (рис. 13.4).

Задание: Даны две поверхности вращения – конус и цилиндр, оси которых пересекаются и находятся в одной плоскости, параллельной (рис. 13.5). Требуется построить линию их пересечения.

Решение: на фронтальной проекции фиксируют точки пересечения заданных поверхностей вращения – они принадлежат искомой линии пересечения. Горизонтальные проекции этих точек находятся на осевой линии конуса и цилиндра – .

Другие точки линии пересечения можно построить, используя концентрические сферические поверхности. Из точки пересечения осей фронтальных проекций, как из центра, проводятся сферы. Первая – касательная к проекции конуса, а последующие – большим радиусом (рис. 13.6). Каждая сфера пересекает обе поверхности по окружностям, фронтальные проекции которых изображаются отрезками прямых линий. Эти проекции пересекаются в точках, являющихся фронтальными проекциями точек искомой линии пересечения поверхностей.

Горизонтальные проекции этих точек определяются по принадлежности одной из поверхностей. В данном случае удобнее их получать по принадлежности конусу. Например, точки 3 и 4 лежат на той же окружности, по которой вспомогательная сфера пересекает конус. Изменяя радиус вспомогательной секущей сферы, находят ряд точек линии пересечения, соединив которые, получают проекции искомой линии (рис. 13.6). Чтобы определить видимость горизонтальной проекции линии пересечения, на её фронтальной проекции отмечают точки, лежащие на проекции осевой линии цилиндра и принадлежащие линии пересечения.

Затем по линиям проекционной связи переносят их на очерковые образующие горизонтальной проекции цилиндра. Точки, лежащие ниже указанных, будут находиться на невидимой части цилиндра.

Метод эксцентрических сфер

Метод эксцентрических сфер применяется для построения линии пересечении поверхностей вращения, у которых оси расположены в одной плоскости, являющейся плоскостью симметрии. При этом пересекающиеся поверхности должны иметь семейство круговых сечений.

Задание: даны две поверхности вращения – тор и конус, оси которых находятся в одной плоскости, параллельной (рис. 13.7). Требуется построить линии их пересечения.

Решение: прежде всего, фиксируют опорные точки пересечения очерковых меридианов 1 и 2. Затем через ось вращения поверхности кольца проводят фронтальный след фронтально проецирующей плоскости Σ. Линия пересечения её с поверхностью тора – окружность. Центр сферы, пересекающей кольцо по окружности, находится на перпендикуляре, восстановленном из центра такой окружности к секущей проецирующей плоскости. Чтобы конус пересекался вспомогательной секущей сферой по окружности, её центр должен находиться на оси конуса. Точка пересечения перпендикуляра к проецирующей плоскости с осью конуса () выбирается центром вспомогательной секущей сферы. Радиус ее равен расстоянию от центра до точки пересечения меридиана тора со следом плоскости . Такая вспомогательная секущая сфера пересекает кольцо и конус вращения по окружностям, фронтальные проекции которых – проекции прямых. Точка пресечения этих отрезков (рис. 13.7) принадлежит искомой линии пересечения поверхностей.

Вспомогательные сферы имеют различные центры на оси конуса вращения; так, при построении проекции – точки. Горизонтальные проекции точек пересечения строят по принадлежности этих точек к одной из поверхностей, используя параллели, например, конуса.

Пересечение линии с поверхностью

В общем случае для графического определения положения точек пересечения линии с поверхностью необходимо выполнить ряд геометрических построений в следующей последовательности: заключить линию во вспомогательную поверхность; определить линию пересечения этой поверхности с заданной поверхностью; отметить точки пересечения построенной линии с заданной.

Этот алгоритм является универсальным, пригодным для решения любых задач. Ранее (лекция 4, рис. 4.5 и 4.6) он применялся для построения проекций точки пересечения прямой с плоскостью, где в качестве вспомогательной секущей поверхности использовалась плоскость и строилась прямая линии пересечения ее с заданной плоскостью, а искомая проекция точки пересечения определялась как место пересечения этой линии с заданной прямой.

На рис. 12.1–12.3 проиллюстрирован тот же алгоритм применительно к построению точки пересечения кривой линии k с плоскостью α(∆ABC).

В качестве секущей поверхности в данном случае следует использовать проецирующую цилиндрическую поверхность, в частности, горизонтально-проецирующую β(β_H)H, в которую должна быть заключена кривая k(k”,k’). Для этого на чертеже (рис. 12.3) обозначаем горизонтальный след этой поверхности β_H. Горизонтальная проекция линии ее пересечения с заданной плоскостью α(∆ABC) совпадает с ним, располагаясь между точками 1′-2′. Для построения ее фронтальной проекции воспользуемся произвольными вспомогательными прямыми линиями, принадлежащими плоскости. Вначале задаем их горизонтальные проекции, например, через вершину C. Затем по точкам их пересечения со стороной AB находим фронтальные проекции вспомогательных прямых и определяем на них фронтальные проекции точек пересечения с ними заданной кривой. Проводим через найденные точки плавную кривую линию, являющуюся, таким образом, фронтальной проекцией линии пересечения, и отмечаем на ней место пересечения с фронтальной проекцией заданной кривой k(k”,k’) – точку O”. Это и будет фронтальная проекция искомой точки пересечения заданной кривой k(k”,k’) с плоскостью α(∆ABC). Затем, воспользовавшись линией связи, находим горизонтальную проекцию O’ точки пересечения.

Этот алгоритм применен и для построения точек пересечения прямой линии с поверхностями геометрических тел – призмы, пирамиды и самопересекающегося тора (рис. 12.8, а, б, в). Поскольку поверхности этих тел являются замкнутыми, то необходимо найти по две точки пересечения на каждой из них.

При пересечении с призмой (рис. 12.8, а) в качестве секущей плоскости для заключения в нее заданной прямой m(m”,m’) использовалась фронтально-проецирующая плоскость α_V. При пересечении с пирамидой (рис. 12.8, б) в качестве секущей плоскости для заключения в нее заданной прямой n(n”,n’) использовалась горизонтально-проецирующая плоскость α_H. При пересечении с самопересекающимся тором (рис. 12.8, в) в качестве секущей плоскости для заключения в нее заданной прямой l(l”,l’) использовалась фронтальная плоскость β_H. Далее все действия аналогичны рассмотренным. В каждом случае вначале строилась линия пересечения поверхности плоскостью, исходя из ее проецирующего положения, определялись на ней точки пересечения с заданной прямой, а при окончательном оформлении – видимость на чертеже.

В качестве секущей плоскости при определении точек пересечения прямой с поверхностью могут использоваться также плоскости общего положения, пересекающие поверхность вдоль ее образующих (рис. 12.8, г, д). Так, для построения точек пересечения прямой a(a”,a’) общего положения с поверхностью прямого кругового конуса (рис. 12.8, г) показано использование плоскости общего положения α, проходящей через вершину конуса и заданную прямую. Плоскость задана двумя пересекающимися прямыми. Одна из них – это заданная прямая a(a”,a’), вторая – пересекающаяся с ней произвольная прямая b(b”,b’), проходящая через вершину конуса. Для построения проекций образующих, вдоль которых плоскость пересекает поверхность конуса, найден ее горизонтальный след, затем проекции C’ и D’ точек его пересечения с горизонтальным следом основания конуса и фронтальные проекции C” и D” этих точек. Искомые проекции точек M(M”,M’) и N(N”,N’) пересечения заданной прямой общего положения с поверхностью конуса находятся в местах пересечения с ней построенных образующих.

Аналогичные действия выполнены и для построения проекций M”,M’ и N”,N’ точек пересечения прямой общего положения k(k”,k’) с поверхностью наклонного эллиптического цилиндра (рис. 12.8, д). Для этого использовалось задание плоскости общего положения α(k∩l) также двумя пересекающимися прямыми, одна из которых, как и в предыдущем случае, – это заданная прямая k(k”,k’), а пересекающаяся с ней в произвольной точке 1(1″,1′) вторая прямая линия – это прямая l(l”,l’), параллельная образующим цилиндра. Строился горизонтальный след этой плоскости и по точкам пересечения его с горизонтальным следом заданного цилиндра находились образующие, по которым вспомогательная плоскость общего положения α(k∩l) пересекает цилиндр. В местах пересечения с проекциями этих образующих проекций прямой общего положения k(k”,k’) находятся искомые проекции M”,M’ и N”,N’ точек пересечения заданной прямой с поверхностью цилиндра.

Касательные плоскости и нормаль к поверхности

Плоскостью, касательной к поверхности в некоторой ее точке, называют плоскость, в которой можно провести две прямые линии, пересекающиеся в точке касания, касательные к двум пересекающимся в этой же точке линиям, принадлежащим поверхности.

На чертеже касательную плоскость α(α”,α’) однозначно можно задать проекциями двух пересекающихся прямых m(m”,m’) и n(n”,n’). Эти линии строят касательно к проекциям двух пересекающихся в точке касания линий, принадлежащих поверхности. На рис. 12.4 линия m(m”,m’) является касательной к линии окружности l(l”,l’), проходящей через точку касания K(K”,K’) по поверхности цилиндра, а пересекающаяся с ней в этой точке линия n(n”,n’) сливается с линией р(р”,р’) – образующей цилиндра.

Аналогичные действия (рис. 12.8, е, ж, з) выполнены и при построении касательных плоскостей к поверхностям прямого кругового конуса, самопересекающегося тора и сферы, касающихся этих поверхностей в некоторой точке A(A”,A’). Пересекающиеся прямые m(m”,m’) и n(n”,n’), задающие касательные плоскости α(α”,α’) к ним, являются касательными к окружностям, построенным на этих поверхностях вращения и пересекающимся в точке касания A(A”,A’). Следует отметить одну особенность при построении прямой n(n”,n’), касательной к линии меридионального сечения поверхности самопересекающегося тора (рис. 12.8, ж). Для упрощения построений вначале строят касательную к этой линии, параллельной фронтальной плоскости проекций, определяют на оси вращения тора точку S, через которую проходят касательные ко всем точкам, расположенным на той же параллели поверхности, что и заданная точка касания A(A”,A’), а затем строят необходимую касательную n(n”,n’).

Эти построения использовались также для определения точки касания K(K”,K’) на поверхности самопересекающегося тора в задаче на рис. 12.5, где необходимо было задать общую касательную плоскость к поверхностям самопересекающегося тора и прямого кругового конуса. Ключом к решению задачи явилось заключение самопересекающегося тора в коническую поверхность с тем же углом наклона образующих, что и у заданного конуса (справа). Общая касательная плоскость задана пересекающимися прямыми, из которых m₁(m₁“,m₁‘), являющаяся горизонтальным следом плоскости, построена, как касательная к следам указанных конических поверхностей, а прямая m₂(m₂“,m₂‘), сливается с одной из образующих заданного конуса. Эта образующая является и геометрическим элементом касания построенной плоскости α(m₁∩m₂) с поверхностью заданного конуса. Поверхности самопересекающегося тора эта плоскость касается в точке K(K”,K’), которая найдена благодаря вышерассмотренным построениям и образующей второго конуса, охватывающего тор.

На рассматриваемом чертеже показано также построение нормали n(n”,n’), к поверхности самопересекающегося тора в точке K(K”,K’). Условием для построения нормали является ее перпендикулярность к плоскости, касательной к поверхности в той же точке. Вначале нормаль построена к очерковой образующей тора, затем на ней взята произвольная точка и выполнен ее поворот вокруг оси тора в положение, в котором она окажется расположенной в плоскости, перпендикулярной построенной касательной плоскости (направления указанных перемещений показаны стрелками).

На рис. 12.6 показано построение точек пересечения P(P”,P’) и T(T”,T’) фронтальной прямой MN(M”N”,M’N’) с поверхностью ¼ кольцевого тора и построение касательной плоскости к этой поверхности в одной из построенных точек, например, T(T”,T’).

Точки P(P”,P’) и T(T”,T’) найдены благодаря заключению заданной прямой MN во фронтальную плоскость α(α_H) и построению проекций линии пересечения по точкам 1′, 2′, 3′, … , 7′, крайние из которых 1′ и 7′ взяты в местах пересечения горизонтального очерка плоскостью тора, а остальные – произвольно на горизонтальном следе α_H секущей плоскости. Для дальнейших построений использовались горизонтальные сечения поверхности тора плоскостями.

Для задания касательной плоскости β(m∩n) одна из задающих ее пересекающихся прямых m(m”,m’) построена как касательная к линии кольцевого сечения поверхности тора в точке T(T”,T’), а вторая – как касательная прямая n(n”,n’) к линии окружности осевого сечения поверхности тора. Для более точного построения второй прямой была найдена проекция S_K” точки на оси вращения тора, в которой сходятся все касательные прямые к поверхности тора во всех точках, находящихся на той же параллели, что и точка T(T”,T’).

Структуризация материала двенадцатой лекции в рассмотренном объеме схематически представлена на рис. 12.7 (лист 1). На последующем листе 2 компактно приведены иллюстрации к этой схеме для визуального закрепления изученного материала при повторении (рис. 12.8).

Пересечение линии с поверхностью:

Касательные плоскости и нормаль к поверхности

Касательная плоскость к кривой поверхности в некоторой точке – это плоскость, в которой лежат все касательные прямые ко всем кривым, которые можно провести на поверхности через ту же точку.

Нормалью к поверхности в данной точке называется прямая, перпендикулярная к касательной плоскости и проходящая через точку касания.

12.1. Пересечение прямой с поверхностью

12.2. Касательные плоскости

Рекомендую подробно изучить предметы:

Инженерная графика Начертательная геометрия Компас Автокад Черчение Проекционное черчение Аксонометрическое черчение Строительное черчение Техническое черчение Геометрическое черчение

Ещё лекции с примерами решения и объяснением:

• Проецирование прямой
• Взаимное положение плоскостей, прямой линии и плоскости
• Взаимное расположение точки, прямых и плоскостей
• Перпендикулярность геометрических объектов
• Прямая в пространстве и ее изображение на чертеже
• Многогранники
• Поверхности вращения
• Пересечение прямой линии с поверхностью

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Как найти точки пересечения окружности с цилиндром

Пошаговый алгоритм решения задачи №8 — построение линии пересечения поверхностей конуса и цилиндра

Необходимо построить линию пересечения поверхностей вращения — конуса с цилиндром вращения. Оси вращения данных поверхностей расположены взаимно перпендикулярно и являются проецирующими соответственно плоскостей проекций.

Для решения такой задачи по начертательной геометрии необходимо знать:

— построение поверхностей вращения на комплексном чертеже
по заданным координатам точек;

— частные случаи пересечений конуса и цилиндра вращения проецирующей плоскостью;

— метод секущей плоскости для построения линии пересечения
поверхностей.

Порядок решения Задачи

1. В правой части листа бумаги формата A3 согласно варианту задания строятся очерки поверхностей конуса и цилиндра вращения в горизонтальной и фронтальной проекциях.

Рис.8.1

Рассматривая полученный чертеж, нетрудно заметить, что линия пересечения данных поверхностей уже имеется во фронтальной плоскости проекций, т.е. она задана исходным чертежом, выделяем ее красным цветом (искомая линия). Таким образом, для решения задачи остается спроецировать (перенести) ее на горизонтальную плоскость.

2. Построение линии пересечения начинаем с отметки опорных точек. Это точки, выше (ниже) которых правее (левее) нет линии пересечения, заметим, кстати, что линия пересечения может располагаться только в местах, одновременно принадлежащих обоим поверхностям.

Опорными точками на фронтальной проекции будут 1’ и 6’. Нахождение их на горизонтальной проекции не представляет затруднений. Они будут находиться на крайних образующих конуса, которые проецируется на эту плоскость прямой линией Sb. Перенеся их по линиям связи, получаем 1 и 5 (рис.8.2.а).

Рис.8.2

3. Далее, применяем метод секущей плоскости, которую можно проводить через определенный интервал или через характерные точки линии пересечения, проводим первую секущую плоскость ’ через точку 2’. Из частных случаев известно, что если секущая плоскость во фронтальной проекции пересекает конус перпендикулярно оси вращения, то в горизонтальной плоскости сечение будет в виде окружности с радиусом, взятым от оси вращения до очерка поверхности (крайней правой или левой образующих). Проводим указанную окружность данного радиуса R_a в горизонтальной плоскости, ставя ножку циркуля в центр конической поверхности. Поскольку точка 2 одновременно принадлежит конической и цилиндрической поверхности и находится в секущей плоскости, то ее горизонтальная проекция должна находиться в пересечении горизонтальных проекций от секущей плоскости по конусу и цилиндру.

Уже отмечалось, что горизонтальная проекция от секущей плоскости, по конусу — окружность; а по цилиндру — прямая линия, т.к. секущая плоскость проходит параллельно оси вращения цилиндра.

Тогда из проекции точки 2’ проводим линию связи (прямую линию сечения цилиндра) пересечения ее с окружностью и получаем горизонтальные проекции точки 2. Очевидно, что проекций точки будут две: одна — на лицевой стороне конуса 2 (нижняя точка в горизонтальной плоскости проекций), вторая — на тыльной стороне поверхности конуса 2₁ (верхняя точка в горизонтальной плоскости проекций) (рис.8.2.б).

4. Точно таким же способом находим горизонтальные проекции остальных точек 4 и 5, т.е. через их фронтальные проекции проводим секущие плоскости, в горизонтальной плоскости проекций — соответствующие окружности, на которые проецируем указанные точки (рис.8.3 — б).

5. Полученные горизонтальные проекции точек соединяем последовательно плавной линией с учетом видимости, которая определяется относительно обоих поверхностей. Видимость по конусу будет полной, поскольку в горизонтальной проекции любая точка, лежащая на ее поверхности будет видимой. Видимость по цилиндру определяется таким образом, что все точки, находящиеся выше диаметра цилиндра на фронтальной проекции, будут видимыми на горизонтальной проекции, а все точки, находящиеся ниже диаметра цилиндра на фронтальной проекции — на горизонтальной будут невидимыми (рис.8.3 -б).

Итак, в горизонтальной плоскости точки 1, 2, 3 будут видимыми, а точки 4, 5, 6 будут невидимыми, в точке 3 (3; 3₁) происходит смена видимости. Соединяя видимые точки контурной линией, а невидимые пунктирной, получаем искомую линию пересечения заданных поверхностей.

Рис.8.3

В заключение отметим два замечания:

1. В практике и в вариантах заданий встречаются так называемые полные и неполные пересечения поверхностей. При неполном пересечении, когда одна поверхность не полностью пересекает другую ( в нашем случае) линия пересечения есть одна замкнутая петля; при полном пересечении, когда одна поверхность полностью пересекает другую, линия пересечения распадается на несколько замкнутых ветвей и их будет столько, сколько полных пересечений участков заданных поверхностей. В предлагаемых вариантах заданий рассматриваются задачи с 2-3 петлями линии пересечений. Построение их такое же, как и рассмотренное построение (рис.8.4)

Рис.8.4

2. Предлагаемые задачи на пересечение поверхностей могут быть решены методом образующих, когда через заданную линию пересечения поверхностей проводится ряд образующих, отмечаются точки пересечения этих образующих с заданной линией пересечения, затем эти образующие вместе с точками на них проецируются на сопряженную плоскость проекций.

[spoiler title=”источники:”]

http://www.evkova.org/postroenie-linii-peresecheniya-poverhnostej

http://stud55.ru/poshagovoe-reshenie-zadachi8/

[/spoiler]

Особые точки функций комплексного переменного

Опр.
Особой точкой функции

называется точка в которой

не определена или не дифференцируема.

Опр.
Особая точка называется изолированной,
если

такая ее окрестность, в которой нет
других особых точек.

Утв. Если
–
изолированная особая точка
,
то в окрестности
,

раскладывается в ряд Лорана.

Классификация
особых точек

Опр1.
Особая точка называется устранимой,
если в ряде Лорана в окрестности этой
точки отсутствует главная часть.

Опр2.
Изолированная особая точка называется
полюсом, если главная часть ряда Лорана
в окрестности этой точки имеет конечное
число членов:

Число N
называется кратностью (порядком полюса).

Утв.
Если

– полюс
,
то
.

Док-во:

Опр3.
Изолированная особая точка называется
существенно особой, если главная часть
разложения в ряд Лорана в окрестности
этой точки содержит бесконечное число
членов.

Лекция 8

Связь между нулем
и полюсом

Утв1.

имеет в точке

нуль порядка n

имеет в точке

полюс порядка n.

Док-во: {}

Утв2.

имеет существенно особую точку в точке

имеет в

неизолированную особую точку ИЛИ
существенно особую точку.

Пример.

;

;

;
;

Таким образом,
получаем не изолированную особую точку.

Утв3.
Если
,

,

,

то

имеет при:

1)mn
устранимую особую точку,

2)m>n
полюс порядка n-m.

Док-во: {для
2}

;

Теорема Сохоцкого.

Если
-существенно
особая точка функции
,
то
.

Док-во:

1)

а)

-сходится
при

сходится при

б) Предположим
противное:

ограничена в
окрестности точки
.

в)

при
(т.е.

ограничена в окрестности
).

г)В круге

ограничена, как непрерывная функция в
замкнутой области.

д) Из б), в), г)
следует

ограничена на всей комплексной плоскости.

е)

ограничена на С,

аналитическая, по теореме Ляувилля
противоречие.

2)

а)
имеет
не изолированную особую точку.

б)
-изолированная
особая точка

имеет изолированную
особую точку в



имеет существенно особую точку

по Утв2

имеет существенно особую точку в

по
1)

Теорема доказана.

Особые точки в
бесконечности

Утв.
Если
-изолированная
особая точка
,
то

Док-во:

Пусть
.
Раскладываем

в окрестности нуля:

.

Вычеты

Опр.
-изолированная
особая точка.

называется вычетом, где

– коэффициент при -1 степени в разложении
ряда Лорана:

Основная теорема
о вычетах.

Если G
– односвязная область, Г – замкнутый
контур, Г ограничевает G,
G
содержит конечное число изолированных
особых точек

функции
,
то

.

Док-во:

Г

G

.

.

.

Окружит каждую
особую точку

окружностью

так, чтобы внутри

не было других особых точек, и чтобы

и

не пересекались(ij).

.

Вычисление
вычетов

1.

Утв.
Если

– устранимая особая точка
,
то
(Т.к.
главная часть ряда Лорана не содержит
ни одного члена
)

2.

а) Утв.
Если
-простой
полюс
(полюс
кратности 1), то
.

Док-во:

Пример.

,

имеет простой полюс.

б) Утв.
Если
,,,,
то
.

Док-во:

-полюс
I
порядка

3.

Утв.
Если
-полюс
порядка n
,
то
.

Док-во:

Переходим к

и делим на
:

Пример1.

;

Пример2.

Лекция 9

Опр.

– изолированная особая точка
,

,
где Г- замкнутый контур.

Утв.
Если
,
то
.

Док-во:

1)
.

2) С: {}

,

при

3)

4)

Теорема.
Если
-изолированная
особая точка, кроме

имеется конечное число особых точек,
то

Док-во:

Возьмем замкнутый
контур С, охватывающий все особые точки,
кроме

;

;

;

Логарифмический
вычет.

Опр.
Логарифмическим вычетом называется:

,
если С – замкнутый контур,

– аналитическая внутри С и на нем за
исключением конечного числа особых
точек, все особые точки лежат внутри С,
все особые точки – полюсы.

Утв1.
Если
,
–
нуль кратности

фунции
,
то
.

Док-во:

Для функции

–
полюс I
порядка.

.

Утв2.
Если
-полюс
кратности n
функции
,
то
.

Док-во:

.

Принцип аргумента.

Теорема.
Логарифмический вычет функции

относительно контура С равен приращению

аргумента

при обходе контура С, деленному на
,
равно разности между числом нулей М и
числом полюсов N
функции

в облости D,
ограниченной контуром С:

Док-во:

Z
W

z w

C

1)

2) Внутри С

будет иметь конечное число нулей, т.к.
она аналитическая в замкнутой области.
В силу Утв1 и Утв2 :

3)

Теорема Руше.

ЕСЛИ G
– односвязная область, С – замкнутый
контур, ограничивающий G,

и

аналитические в G
и на С,
на
С,
на
С,
–
сумма кратностей всех лежащих в G
нулей функции
,
–
сумма кратностей всех лежащих в G
нулей функции
+,
ТО
.

Док-во:

1)

2)

3)

w

Вектор из начала
координат в точку, при такой конфигурации
образа С, ни одного оборота не совершит.

.

4)

Пример.
Найти количество нулей, которые имеет
функция

в круге
.

,

при
:

имеет нуль кратности
5

w
имеет 5 нулей.

Утв.
Если
,
то

имеет n
корней.

Док-во:

С:

имеет
нуль кратности n,
т.о.

имеет n
нулей.

Теорема.
Если
,

аналитическая в G
,
то

– аналитическая.

Док-во:

1)

1. аналогично
   доказываем
   

2. Из пунктов 1) и 2)
   следует, что для F
   выполнены условия Коши-Римана,
   следовательно F
   аналитическая.

Лекция 10

Вычисление
несобственных интегралов с помощью
вычетов

Теорема.
Если


при x=z,
-изолированная
особая точка f(z),

имеет в

нуль не ниже II
порядка,

не имеет особых точек на действительной
оси,

имеет конечное число особых точек, то
,
где
распространяется
на особые точки, лежащие выше действительной
оси.

Док-во:

Возьмем круг такого
радиуса, чтобы на нем и вне его не было
особых точек, кроме бесконечности.

Y

R

-R R x

.

Пример.
Найти интеграл:.

,
;

Операционное
исчисление

Опр.
Функция

называется оригиналом, если:

1)

определена при
,

и
являются
кусочно-непрерывными на любом конечном
интервале,

2) при

3).

Утв.
Если
-многочлен
степени n,

то
.

Док-во:

,
по
правилу Лопиталя

;.

Опр.

называется изображением, соответствующим
оригиналу f(t),
если F(p)
– интеграл Лапласа:

;

.

Теорема.
Если f(t)
оригинал, то
–
изображение
,

1)
сходится
в полуплоскости
,

2)
является
в полуплоскости

аналитической функцией от p.

Док-во:

1)

,
таким образом F(p)
сходится.

2) Аналитичность
следует из теоремы, доказанной в
предыдущей лекции.

След. Если F(p)
– изображение некоторого оригинала,
то

Зам. Если
,
то F(p)
сходится равномерно.

Свойства
преобразования Лапласа:

1. Линейность

1. Однородность.

.

Док-во для 2:

Теорема о
дифференцировании оригинала.

Если f(t)
– оригинал,
-оригинал,
F(p)-изображение
f(t),
,

то
.

Док-во:

.

Следствие.
Если
-оригиналы,
то
.

Док-во:

далее по индукции.

Теорема о
дифференцировании изображения.

Если
,
то
.

Теорема об
интегрировании оригинала.

Если
,
то
.

Док-во:

1) Докажем, что
-оригинал.
а)
кусочная гладкость – по свойству
интеграла.

б)
,
t>0
–очевидно.

в)

2)
.

.

Лекция 11

Теорема об
интегрировании изображения

Если f(t)
– оригинал,
–
оригинал, то
.

Док-во:

.

,

.

Теорема о
запаздывание

Если
-оригинал,
,

то
.

Док-во:

.

Теорема смещения

Если
,
то
.

Таблица соответствий

1.
.

2.

3.

4.

5.

6.

.

7.

.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

Опр.
Сверткой функций f
и g
называется

Утв.
Если
,
g(t)
– оригиналы, то f*g(t)
– оригинал.

Док-во:

Пункты 1) и 2) в
определении оригинала очевидно выполнены.
Докажем выполнение пункта 3).

,

,
где

Теорема о свертках.

Если f(t),
g(t)
– оригиналы,
,
,
то
.

Док-во:

.

Лемма Жордана

Лемма1.
Если f(z)
– аналитическая в верхней полуплоскости,
за исключением, быть может, конечного
числа точек,


–
полуокружность в верхней полуплоскости

.

Док-во:

;

.

Лекция12

Лемма2.
Если f(z)
– аналитическая в левой полуплоскости,
,

то
.

Док-во:

.

Лемма3.

Если f(z)
аналитическая,
,
то.

y

R

x

Док-во:

1. Докажем, что
   .

.

2)Если

аналогично.

3)

по Лемме 2.

4) Из пунктов
1), 2), 3) следует
.

Лемма4.
Если f(z)
аналитическая
,
,

то

Докозательство
следует из Леммы3.

Теорема об
интеграле Фурье.

Если f(t)
кусочно непрерывна и кусочно дифференцируема
на R,
то
(сходится
абсолютно).

Теорема обращения
преобразования Лапласа.

Если f(t)
– оригинал,
,
то
.

Док-во:

;

;

;

Теорема разложения.

,
для

выполнены условия леммы Жордана, то
.

Док-во:

.

Пример.

;

;

.

Лекция13

Соседние файлы в папке Лекции и семинары

• #
• #

План урока:

Понятие цилиндра

Понятие конуса

Усеченный конус

Понятие цилиндра

Построим на некоторой плоскости α окружность L, центр которой находится в точке О, а ее радиус обозначим как r. Далее через каждую точку этой окруж-ти проведем прямую, которая будет перпендикулярна к α. Все вместе эти прямые образуют поверхность, которую принято называть цилиндрической поверхностью (может использоваться сокращение поверх-ть). Введем несколько понятий:

• Окружность, построенная в плос-ти α, именуется основанием цилиндрической поверх-ти;
• Каждая прямая, проходящая через эту окруж-ть L и перпендикулярная α – это образующая цилиндрической поверх-ти;
• Прямая, проходящая через точку О и также перпендикулярная α, именуется осью цилиндрической поверх-ти.

Примечание. Заметьте, что в стереометрии при изображении окружности на плос-ти она выглядит как эллипс (овал).

Заметим, что так как все образующие и ось цилиндрической поверх-ти перпендикулярны одной и той же плос-ти α, то они будут параллельны друг другу.

Далее проведем плос-ть β, параллельную α. Так как образующие и ось пересекали α, то они должны пересекать и β. В результате они образуют в плос-ти β какую-то плоскую линию L₁. Докажем, что L₁ – это также окружность.

Действительно, пусть ось цилиндрической поверх-ти пересекает плос-ти α и β в точках О и О₁ соответственно. Произвольная образующая пересекает эти же плос-ти в точках А и А₁:

Так как ОО₁||АА₁, то ОО₁А₁А – это плоский четырехугольник. ОО₁⊥α и ОО₁⊥β, поэтому углы ∠АОО₁ и ∠А₁О₁О – прямые. АА₁⊥α и АА₁⊥β, поэтому прямыми будут и углы ∠ОАА₁ и ∠О₁А₁А. Получается, что ОО₁А₁А – это прямоугольник, и поэтому отрезки ОА и О₁А₁ одинаковы:

Итак, точка А₁ находится на расстоянии r от О₁. Аналогично и для любой другой точки на линии L₁ можно показать, что она находится на расстоянии r от О₁. То есть все точки L₁ равноудалены от О₁, и поэтому L₁ – это окруж-ть с центром в точке О₁, ч. т. д.

Обратите внимание, что окруж-ти L и L₁ имеют одинаковые радиусы, то есть это одинаковые окруж-ти.

Объемная фигура, образованная окруж-тями L и L₁, именуется цилиндром. Рассмотрим его основные элементы:

• круги L₁ и L – это основания цилиндра;
• отрезок ОО₁ – ось цилиндра;
• отрезки образующих, заключенные между основаниями, именуются образующими цилиндра;
• часть цилиндрической поверх-ти, заключенную между основаниями цилиндра, именуют боковой поверхностью цилиндра.

Напомним, что отрезки параллельных прямых, заключенные между параллельными плос-тями, имеют одинаковую длину. Отсюда вытекает тот факт, что образующие цилиндра одинаковы.

Введем ещё два термина:

• длина образующей именуется высотой цилиндра;
• радиус оснований цилиндра именуется радиусом цилиндра.

Отметим, что на самом деле мы рассмотрели только частный случай цилиндра – так называемый прямой круговой цилиндр. Его основания – это круги (поэтому он именуется круговым), а его образующие образуют с основаниями прямой угол(поэтому он именуется прямым). Можно построить наклонный цилиндр (его также называют косым), у которого образующие не перпендикулярны основанию. Также существуют и цилиндры, у которых основаниями являются не окруж-ти, а другие фигуры, например параболы:

В принципе любую призму (а значит и любой параллелепипед) можно считать цилиндром. Однако в дальнейшем в курсе школьной стереометрии под цилиндром будет подразумеваться исключительно прямой круговой цилиндр, если специально не оговорено иное.

В реальной жизни очень многие предметы имеют форму цилиндра. Колонны в зданиях, ножки стульев, бочки, рулоны бумаги представляют собой цилиндры. Даже дерево можно условно считать цилиндром.

Рассмотрим сечение цилиндра плос-тью, перпендикулярной его основаниям.

Пусть сечение пересекает нижнее основание цилиндра в точках А₁ и В₁. Тогда перпендикуляры к основанию, проходящие через эти точки, будут принадлежать этому сечению. Но эти перпендикуляры – одновременно и образующие цилиндра А₁А и В₁В. Значит, сечение проходит и через точки А и В. Раз АА₁ и ВВ₁ – перпендикуляры к обоим основаниям цилиндра, то

Итак, в четырехугольнике АВВ₁А₁ все углы прямые, то есть он представляет собой прямоугольник. Более того, можно утверждать, что любое сечение, проходящее через образующую цилиндра, будет прямоугольником, ведь такое сечение будет перпендикулярно основаниям, так как оно содержит перпендикуляр к ним. Сечение, проходящее через цилиндрическую ось, именуется осевым сечением. Оно также имеет форму прямоугольника.

Далее рассмотрим сечение цилиндра плос-тью, параллельной основаниям:

Пусть секущей будет плос-ть γ, а нижнее основание располагается в плос-ти α. Тогда по определению фигура, «зажатая» между этими двумя плос-тями – это цилиндр, а потому сечение должно иметь форму круга. Получается, что сечение γ разбивает цилиндр на два цилиндра.

Рассмотрим боковую поверх-ть цилиндра. Она представляет собой замкнутую поверхность. Если ее условно «разрезать» по образующей цилиндра и развернуть, то получится прямоугольник:

Длина одной стороны такого прямоугольника (он называется разверткой боковой поверх-ти цилиндра) – это длина образующей цилиндра, то есть его высота. Длина второй стороны совпадает с длиной окруж-ти, лежащей в основании цилиндра. Если радиус цилиндра обозначен как r, то длина этой окруж-ти составляет 2πr. Тогда площадь боковой поверх-ти можно рассчитать как площадь прямоугольника:

Площадь полной поверх-ти цилиндра – это сумма площадей его оснований и его боковой поверх-ти. Так как площадь круга рассчитывается по формуле

Рассмотрим ещё несколько важных понятий. В цилиндр может быть вписана прямая призма. В таком случае основания призмы находятся в тех же плос-тях, что и основания цилиндра, а её боковые грани – это образующие цилиндра.

Если плос-ть содержит образующую цилиндра, но не пересекает его основания, то такая плос-ть именуется касательной к цилиндру. Можно сказать, что касательная плос-ть – это такая плос-ть, которая имеет ровно по одной общей точке с каждым основанием цилиндром.

Если каждая боковая грань призмы – это касательная к цилиндру, а основания призмы находятся в тех же плос-тях, что и основания цилиндра, то говорят, что цилиндр вписан в призму.

Естественно, что если цилиндр вписан в призму, то его основания оказываются вписанными в те многоугольники, которые являются основаниями призмы. Если же призма вписана в цилиндр, то основания цилиндра – это уже окруж-ти, описанные около этих многоугольников.

Рассмотрим несколько задач, в которых фигурируют цилиндры.

Задание. Найдите боковую и полную площади цилиндра, если его радиус составляет 2 м, а высота – 3 м.

Задание. Какова длина диагонали осевого сечения цилиндра, с высотой 4 м и радиусом 1,5 м?

Решение. Осевое сечение цилиндра – это прямоугольник, обозначим его как АВСD. Сторона АВ – это высота цилиндра, а AD – это диаметр нижнего основания, ведь AD проходит через центр окруж-ти О. Тогда длина AD вдвое больше радиуса цилиндра:

Задание. Осевое сечение цилиндра – это квадрат, площадь которого обозначена буквой Q. Какова площадь основания цилиндра?

Решение. Обозначим сторону сечения-квадрата буквой а. Зная площадь сечения, легко найдем и сторону:

Задание. Высота цилиндра составляет 8 см, а его радиус – 5 см. Через его образующую проведено сечение, которое имеет форму квадрата. Каково расстояние между этим сечением и осью цилиндра?

Решение. Обозначим сечение как АВСD. Так как и это сечение, и ось цилиндра перпендикулярны основаниям цилиндра, то они должны быть параллельны друг другу. Расстояние между ними – это длина перпендикуляра О₁К, опущенного из центра основания на сторону ВС:

Отрезок АВ имеет длину 8 см, ведь это высота цилиндра. Так как АВСD – квадрат, то и ВС имеет такую же длину. ВС – это хорда в окруж-ти с центром в точке О₁. Напомним, что перпендикуляр к хорде, опущенный из центра окруж-ти, делит ее пополам, поэтому

 

Задание. Диаметр цилиндра равен его высоте. На верхнем основании, центр которого находится в точке О, отмечены точки А и В так, что ∠АОВ составляет 60°. Отрезок АА₁ – образующая цилиндра. Найдите тангенс угла ∠ВА₁А.

Решение. Рассмотрим ∆АОВ. Он равнобедренный, ведь радиусы АО и ОВ одинаковы. Но если в равнобедренном треугольнике один из углов составляет 60°, то и все углы будут также будут по 60°, то есть это равносторонний треугольник. Тогда, если радиус цилиндра обозначен как r, то

Понятие конуса

Построим на плос-ти α окруж-ть L с центром в точке О. Далее через О проведем перпендикуляр к α и отметим на нем точку Р. Если мы отрезками соединим точку Р с каждой точкой окруж-ти L, то получим поверх-ть, которая именуется конической поверхностью. При этом:

• прямая ОР – это ось конической поверх-ти;
• прямые, соединяющие Р с точками на окруж-ти L, именуются образующими конической поверх-ти;
• сама точка Р – это вершина конической поверх-ти.

Объемное тело, ограниченное окруж-тью L и конической поверх-тью, именуется конусом. Соответственно вершина конической поверх-ти, её ось и образующие будут одновременно являться вершиной, осью и образующими конуса. Окруж-ть L – это основание конуса.

Ещё несколько терминов:

• коническая поверх-ть конуса именуется его боковой поверх-тью;
• если же к этой площади прибавить ещё и площадь основания, то в итоге получится полная площадь конуса;
• отрезок ОР – это не только ось конуса, но и высота конуса.

Как и в случае с цилиндром, мы в данном случае рассматриваем особый случай конуса – прямой круговой конус. В более общем случае ось конуса может не быть перпендикуляром к плос-ти основания (так называемый косой конус). Также в его основании может находиться не окруж-ть, а другая плоская фигура.

В общем случае любая пирамида может рассматриваться как частный случай конуса. Однако в рамках школьного курса под конусом подразумевается исключительно прямой круговой конус, если только не обговорено иное.

Докажем важное утверждение:

Действительно, рассмотрим две произвольные образующие РА и РВ у конуса с вершиной Р, у которой О – центр основания:

Так как ось ОР перпендикулярна основанию, то ∆РОА и ∆РОВ – прямоугольные. У них общий катет РО, а катеты АО и ОВ одинаковы как радиусы окруж-ти. Тогда ∆РОА и ∆РОВ равны, поэтому одинаковы и образующие РА и РВ, ч. т. д.

Заметим, что конус получается при вращении прямоугольного треуг-ка вокруг его катета. Так, на следующем рисунке конус получается при вращении ∆РОА с прямым углом О относительно катета РО:

Если сечение конуса проходит через его ось, то оно именуется осевым сечением. Ясно, что это сечение будет являться треуг-ком, причем две его стороны – это образующие конуса, а третья сторона диаметр основания. Образующие конуса одинаковы, поэтому осевое сечение будет равнобедренным треуг-ком.

Теперь рассмотрим сечение, параллельное плос-ти основания. Пусть оно пересекает ось РО в какой-то точке О₁. Также пусть А₁ – точка пересечения образующей АР исходного конуса с секущей плос-тью α:

Заметим, что раз ось РО перпендикулярна основанию, то она также будет перпендикулярна и секущей плос-ти, ведь основание и плос-ть α параллельны. Тогда ∠РО₁А₁ будет прямым.

Теперь рассмотрим ∠РОА и ∠РО₁А₁. Они прямоугольные и у них есть общие угол ∠АРО. Значит, это подобные треуг-ки. Обозначим радиус ОА как r, а длину А₁О₁ как r₁. Тогда из подобия получаем:

Рассмотрим теперь другую образующую ВР, которая пересекает секущую плос-ть в точке В₁. Отрезки АО и ОВ одинаковы. Повторяя предыдущие рассуждения, легко доказать подобие ∆РОВ и ∆РО₁В₁, откуда можно вычислить длину О₁В₁:

Получили, что точки А₁и В₁ находятся на одинаковом расстоянии r₁ от точки О₁. Мы выбрали точки А и В произвольно, поэтому для любых двух точек, принадлежащих сечению конуса, можно утверждать, что они равноудалены от точки О₁. Это значит, что все точки сечения лежат на окруж-ти с центром в точке О₁ и радиусом r₁, то есть сечение имеет форму окруж-ти.

Как определить площадь боковой поверхности конуса? Для этого ее надо «разрезать» вдоль одной из образующих и развернуть на плос-ти. В результате получится круговой сектор.

Напомним, что площадь сектора может быть рассчитана по формуле

Теперь обозначим длину образующей буквой l, а радиус основания конуса как r. Тогда

Для вычисления полной площади конуса к боковой поверх-ти необходимо добавить ещё и площадь основания:

Усеченный конус

Ранее мы уже изучали сечение конуса плос-тью, параллельной его основанию. Такое сечение разбивает конус на две фигуры. Одна из них – это конус меньших размеров, а вторая именуется усеченным конусом:

Введем несколько понятий и отметим очевидные факты:

• боковая поверхность усеченного конуса – это коническая поверх-ть;
• у усеченного конуса есть два основания, имеющих форму окруж-ти;
• те отрезки образующих конической поверх-ти, которые заключены между основаниями усеченного конуса, именуются образующими усеченного конуса;
• отрезок, соединяющий центры оснований, именуется высотой усеченного конуса, или его осью.

В предыдущем параграфе мы уже выяснили, что радиусы оснований усеченного конуса связаны с высотами исходного конуса и того конуса, который получается при проведении секущей плос-ти:

Заметим, что любые две образующие усеченного конуса одинаковы. Действительно, пусть усеченный конус с образующими АА₁ и ВВ₁ получен их исходного конуса с образующими АР и ВР:

Заметим, что осевое сечение усеченного конуса – это равнобедренная трапеция:

Действительно, построим осевое сечение исходного конуса, которое пройдет через образующие РА и РВ. Пусть эти образующие пересекают плос-ть верхнего основания усеченного конуса в точках А₁ и В₁ соответственно. Тогда АА₁В₁В будет осевым сечением усеченного конуса. Точки А, А₁, В₁ и В располагаются в одной плос-ти РАВ, то есть АА₁В₁В – плоский четырехугольник. Его стороны АВ и А₁В₁ не могут пересекаться, ведь они принадлежат параллельным основаниям, поэтому АВ||А₁В₁. Стороны АА₁ и ВВ₁ одинаковы как образующие, при этом прямые АА₁ и ВВ₁ непараллельны, ведь они пересекаются в точке Р. В итоге получается, что АА₁В₁В – равнобедренная трапеция. Отдельно отметим, что ось ОО₁ делит эту равнобедренную трапецию на две прямоугольных трапеции.

Теперь выведем формулы для рассчета площади боковой поверх-ти усеченного конуса. Ясно, что развертка усеченного конуса – это часть развертки поверх-ти исходного конуса:

Нам надо найти площадь фигуры АА₁А₁’А’ (показана желтым цветом). Ее можно найти как разность площадей секторов РАА’и РА₁А₁’. Но эти площади можно вычислить по формуле боковых поверх-тей конусов:

Обозначим длину образующей АА₁ как l. Далее выразим А₁P через r, r₁ и l. ∆АОР и ∆РА₁О₁ подобны, поэтому можно записать:

Подставляем полученное выражение в (1) и получаем:

Чтобы посчитать полную площадь поверх-ти усеченного конуса, необходимо к боковой поверх-ти добавить площади верхнего и нижнего основания:

Рассмотрим несколько задач про конусы.

Задание. Высота конуса составляет 15 см, а его радиус – 8 см. Вычислите длину его образующей.

Решение. Обозначим вершину конуса буквой Р, буквой О – центр основания, а буквой А – произвольную точку на окруж-ти. Тогда высотой конуса будет отрезок ОР, радиусом – отрезок ОА, а образующей окажется отрезок АР:

Высота ОР перпендикулярна плос-ти основания, поэтому ∠РОА – прямой, а ∆РОА – прямоугольный. Тогда АР можно найти по теореме Пифагора:

Задание. Угол между образующей конуса и плос-тью основания составляет 30°, а длина образующей – 12 см. Какова площадь основания конуса?

Решение. Обозначим образующую как АР, а высоту конуса как ОР. Тогда радиус ОА будет проекцией АР на плос-ть основания, то именно ∠РАО будет составлять 30°:

Для вычисления площади основания надо найти радиус АО. Это можно сделать через прямоугольный ∆РОА:

Задание. Осевое сечение конуса имеет площадь 6, а площадь основания равна 8. Вычислите его высоту.

Решение. Пусть осевым сечением будет ∆РАВ, а РО – искомая высота:

Зная площадь основания, легко найдем радиус конуса ОА, а потом и диаметр АВ:

Так как РО – высота для ∆РАВ, то площадь этого треуг-ка может быть рассчитана так:

Задание. Найдите площадь боковой и полной поверх-ти конуса, если образующая имеет длину 8, а радиус основания составляет 5.

Решение. В этой задаче надо просто применить формулу для вычисления площадей:

Задание. Дан конус. Развертка его конической поверх-ти – это сектор, чья дуга составляет 60°. Р – вершина конуса, а РAB – осевое сечение. Вычислите ∠АРВ.

Решение. Длину образующих РА и РВ обозначим как L. Сначала находим длину дуги АА’:

Теперь искомый нами ∠АРВ можно найти с помощью теоремы косинусов, записанной для ∆АРВ:

Задание. Найдите длину образующей усеченного конуса, если радиусы его оснований составляют 6 см и 3 см, а его высота – 4 см.

Решение. Обозначим искомую образующую как АВ, а буквами О и О₁ обозначим центры нижнего и верхнего оснований соответственно:

При изучении осевого сечения усеченного конуса мы уже выяснили, что АВО₁О – прямоугольная трапеция. Опустим в ней высоту ВН, которая будет иметь ту же длину, что и высота конуса ОО₁:

Ответ: 5 см.

Задание. Радиусы оснований усеченного конуса обозначены буквами R и r (R > r). Образующая конуса образует с нижним основанием угол 45°. Составьте формулу, по которой можно найти площадь осевого сечения этого конуса.

Решение. Осевым сечением будет равнобедренная трапеция А₁АВВ₁:

Проведем высоту А₁Н. Вычислим АН:

Теперь площадь трапеции А₁АВВ₁ можно посчитать по формуле:

Задание. Основания усеченного конуса – окружности с радиусами 6 и 7 см. Длина образующей – 5 см. Вычислите площадь его боковой и полной поверх-ти.

Решение. Здесь надо просто подставить данные из условия в формулы для вычисления площадей:

Ответ: 65π см², 150π см².

Сегодня мы узнали две новые объемные фигуры – цилиндр и конус. Эти фигуры иногда называют телами вращения, ведь они получаются вращением плоских фигур вокруг одной из их сторон. Важно помнить, что у всех тел вращения есть такие элементы, как основание (иногда не одно), ось и образующие.

Была ли эта статья полезной?