面体互化 探索之旅

作者: 昊哲 | 来源:发表于2021-09-12 12:45 被阅读0次

最近的数学课上,我们讨论了面积与体积的转换关系也就是面动成体。面动成体顾名思义就是面动起来就形成了体,怎么运动呢?可以是平移、旋转或者是围成,先说平移。

平移:面动成体最简单的方法就是平移,若一个正方形向面的方向平移任意的,非零的距离的话,会形成一个正方体,但是这有没有问题呢?有滴。一个正方形向上平移就可以形成一个正方体吗?不会吧,不应该是一个正方体平移后所形成的轨迹吗?是的,所以准确的来说应该是:一个正方形向面的垂直方向平移非负有理数的距离后,所平移后的轨迹是一个正方形。

正方形平移诚正方体 长方体平移成长方形 四边形平平移成四棱体

旋转:旋转也是大同小异,一个直角三角形绕着它的任意直角边向着任意方向旋转角度大于等于360°时,平移后的轨迹就可以形成一个圆锥。当然,绕着斜边转就不是一回事了。

三角形旋转成为圆锥 正方形旋转成为圆柱

观察上面的图,一个长方形旋转成为一个圆柱,那么圆柱的半径是什么呢?就是长方形的宽,慢慢会发现其实不管是平移还是旋转,平以前的图形与平移后的几何体都有着一定的关系。


截面:用一个平面图形去截一个几何体,会发生什么呢?(当然不是几何体会散架~)或者说这个平面图形走过的痕迹会是什么样的图形呢?

用一个平面图形去截一个正方体,所接触的面(或者说是几何体在正方体“内部”呆过的轨迹)会是什么几何图形呢?这简单呀,截面当然是正方形。慢着,这里有一个很有意思的事。

截成正方形

我们知道一个正方体可以由一个正方形通过向面的垂直方向平移所形成的轨迹而得到,那么一个正方体的截面可不可以看做是那个正方形在平移到截面的那一瞬间所想成的图形呢?或者说截面是不是形成这个几何体的平面图形在运动中的一瞬间呢?有可能。

要说正方体的截面,脑海里浮现的第一个想法就是正方形,但是一定是这样吗?不一定,比如可以把正方体截成三角形,

用平面图形截出三角形

                                                                                            或是截出长方形~ 

用平面图形截出长方形

还有别的“不一样点”的图形码?有的,这里说的是一个平面图形待过的路线是什么图形(也就是截面)。并没有指明必须要把几何体切开或者必须是从外边切进来的。在内部突然出现在消失,待过的地方不也是一个平面图形吗?像下面这样。

用平面图形“截”出六边形

围成:几何体还可以用平面图形围起来是我以前没有想到的,但是好像的确可以这么做,还拿正方体举例子。

我们要是把一个正方体的面一一剪开,但是始终保持着留个正方形是连载一起的那么会形成怎样的平面图形呢?有十一种。

正方形的十一种展开图

在这十一种中任选一个,它既是正方体的展开图,又是可以围成正方体的平面图形,可以说展开与围成存在着某种互逆的关系。


三视图:三视图就是一个几何体在三个位置看到的平面图形,那三个位置呢?是上边、左边、与前边。我觉得三视图与展开图有些类似,在任意一个方向看到的平面图形都可以在展开图中找到,也许可以说展开图包含了三视图?

进入初中,我感觉集合越来越抽象了。不再像以前可以动手去操作,而是更去考察空间想象了,用想象去理解几何知识。但是现在理解的依旧还只是在平面图像上,等到未来更进一步去学习的时候,会不会只凭想象力去想象一个立体图形?但是既然面与题是有关联的,那么在初一阶段学好了对于二维物体的想象,再进一步到三维物体想必会轻松很多吧。

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