Objętości ostrosłupów ściętych

Data ostatniej modyfikacji:
2010-05-5
Autor: 
Krzysztof Omiljanowski
pracownik IM UWr
Poziom edukacyjny: 
szkoła średnia z maturą
szkoła profilowana zawodowa
szkoła wyższa
Dział matematyki: 
geometria syntetyczna
geometria wektorowa
geometria przestrzenna
Wszystkie rysunki w tym tekście są dynamiczne, można przesuwać <suwaki> znajdujące się z lewej strony.
Utworzono je za pomocą programu C.a.R. Dziękujemy Rene Grothmannowi.   

 

Ostrosłup prawidłowy, o podstawie będącej n-kątem foremnym A1A2...An, przecinamy płaszczyzną przechodzącą między podstawą a wierzchołkiem W.
Dolną bryłę A1A2...AnA1'A2'...An' nazywamy ostrosłupem ściętym.

 

 

Niech Vs oznacza objętość ostrosłupa ściętego i V0 - objętość ostrosłupa WA1A2...An.

Jaka jest objętość Vs ostrosłupa ściętego?

Poniższy wzór jest oczywisty.

 

 

Na powyższym rysunku W' oznacza rzut prostopadły punktu W na płaszczyznę tnącą - zaznaczony kąt jest (w rzeczywistości) prosty.
Choć powyższy wzór jest oczywisty, to jednak jest mało przydatny, bo trudno jest wyznaczyć pole n-kąta A1'A2'...An' (z wysokością WW' można sobie jeszcze jakoś poradzić).

Przyjmijmy, że znane są stosunki, w jakich płaszczyzna tnąca dzieli krawędzie i wysokość:

t1 = WA1' : WA1 ,   t2 = WA2' : WA2 ,   ... , tn = WAn' : WAn ,   t0 = WO' : WO .

 

 

Warto zauważyć, że powyższe rozumowanie jest dowodem ogólniejszego wzoru na objętość bryły wyciętej z ostrosłupa prawidłowego przez wiele płaszczyzn (tych zielonych):

 

 

Niestety, jest inaczej niż w przypadku graniastosłupów ściętych. Objętość nie zależy tylko od t0. Zobacz:  

 

 

Powyższe rysunki pokazują rolę współczynników tk. Jak je wyznaczyć? Najpierw skonstruujemy punkty Ak' :

 

 

Zobaczmy, że zbędny na powyższym rysunku punkt A1'' i odcinek A1A1'' mogą być przydatne. Poniżej widać graniastosłup ścięty. Dzięki temu można łatwo sprawdzić, że t0 jest średnią harmoniczną liczb t1, t2,...,tn.

 

 

Zakończymy spostrzeżeniem: trzy (niewspółliniowe) punkty wyznaczają płaszczyznę. Zatem trzy wielkości t0, t1, t2 wyznaczają pozostałe wielkości tk.
Jak? O tak:

 

 

 

Powrót na górę strony