Сдать пробный ЕНТ
Русский

Скачай приложение iTest

Готовься к школьным экзаменам в более удобном формате

Шар и сфера. Вписанные и описанные шары

Конспект

Шаром называется тело, которое состоит из всех точек пространства, находящихся на расстоянии, не большем данного, от данной точки.

Поверхность шара называется сферой. Сфера − это геометрическое место точек в пространстве, равноудаленных от некоторой заданной точки (центра сферы).

sphere.jpg

Площадь сферы: \(S = 4\pi {R^2}\).

Объем шара: \(V = {\large\frac{{4\pi {R^3}}}{3}\normalsize}\).

Шаровым сегментом называется часть шара, отсекаемая плоскостью.

шаровой сегмент

Соотношение между высотой и радиусом основания сегмента и радиусом шара: \(R = \large\frac{{{r^2} + {h^2}}}{{2h}}\normalsize\), где \(h\) − высота сегмента, \(r\) − радиус основания сегмента, \(R\) − радиус шара.

Площадь основания шарового сегмента: \({S_{\text{осн}}} = \pi {r^2}\).

Площадь внешней поверхности шарового сегмента: \({S_{\text{сегм}}} = \pi \left( {{h^2} + {r^2}} \right)\).

Площадь полной поверхности шарового сегмента: \(S = {S_{\text{осн}}} + {S_{\text{сегм}}} = \pi \left( {{h^2} + 2{r^2}} \right) = \pi \left( {2Rh + {r^2}} \right)\).

Объем шарового сегмента: \(V = \large\frac{{\pi {h^2}\left( {3R - h} \right)}}{6}\normalsize = \large\frac{{\pi h\left( {3{r^2} + {h^2}} \right)}}{6}\normalsize\).

Шаровым слоем называется часть шара, заключенная между двумя параллельными плоскостями.

шаровой слой

Площадь внешней поверхности шарового слоя: \({S_{\text{сл}}} = 2\pi Rh\), где \(h\) − высота шарового слоя, \(R\) − радиус шара.

Площадь полной поверхности шарового слоя: \(S = {S_{\text{сл}}} + {S_1} + {S_2} = \pi \left( {2Rh + r_1^2 + r_2^2} \right)\), где \(h\) − высота шарового слоя, \(R\) − радиус шара, \(r_1, r_2\) − радиусы оснований шарового слоя, \(S_1, S_2\) − площади этих оснований.

Объем шарового слоя: \(V = \large\frac{{\pi h\left( {3r_1^2 + 3r_2^2 + {h^2}} \right)}}{6}\normalsize\), где \(r_1, r_2\) − радиусы оснований шарового слоя, \(h\) − его высота.

Шаровым сектором называется часть шара, состоящая из шарового сегмента и конуса с вершиной в центре шара и основанием, совпадающим с основанием шарового сегмента. Здесь подразумевается, что шаровой сегмент меньше полушара.

шаровой слой

Площадь полной поверхности шарового сектора: \(S = \pi R\left( {2h + r} \right)\), где \(h\) − высота соответствующего шарового сегмента, \(r\) − радиус основания шарового сегмента (или конуса), \(R\) − радиус шара.

Объем шарового сектора: \(V = \large\frac{{2\pi {R^2}h}}{3}\normalsize\).

Шаровой сегмент, шаровой сектор

В геометрии часто рассматриваются разные комбинации геометрических тел с шаром. Для успешного решения таких задач важно сделать правильный чертеж, определить центр и радиус шара.

Шар и куб

Шар является описанным около куба, если все вершины куба находятся на поверхности шара.

Lode_kubs1.png Lode_kubs11.png

Центр шара O − точка пересечения диагоналей куба.

Около любого куба можно описать шар.

Общие точки шара и куба − восемь вершин куба.

Чертится диагональное сечение.

AC1 и CA1 − диагонали куба.

Радиус шара равен половине диагонали куба.

Шар является вписанным в куб, если он касается всех его граней.

Lode_kubs2.png Lode_kubs21.png

Центр шара O находится в точке пересечения диагоналей куба. В любой куб можно вписать шар. Общие точки шара и куба − центры шести граней куба (точки касания шара и куба).

Чертится сечение плоскостью, которая параллельна грани куба и проходит через центр шара.

Радиус шара − половина стороны куба.

Шар и цилиндр

Шар является описанным около цилиндра, если окружности оснований цилиндра лежат на поверхности шара.

Lode_cilindrs1.png Lode_cilindrs11.png

Центр шара O находится в середине высоты цилиндра.

Общие элементы − две окружности.

Около любого цилиндра можно описать шар.

Чертится осевое сечение.

Радиус шара − половина диагонали осевого сечения цилиндра.

Шар является вписанным в цилиндр, если касается оснований цилиндра и всех его образующих.

Lode_cilindrs2.png Lode_cilindrs21.png

Центр шара O − середина высоты цилиндра.

Шар можно вписать только в такой цилиндр, в котором диаметр основания равен высоте.

Шар и конус

Шар является описанным около конуса, если вершина конуса и окружность его основания находятся на поверхности шара.

Lode_konuss1.png Lode_konuss11.png

Около любого конуса можно описать шар.

Чертится осевое сечение.

В общем случае осевым сечением является равнобедренный треугольник.

Центр шара O находится в точке пересечения высоты конуса и серединного перпендикуляра образующей конуса.

Шар является вписанным в конус, если касается основания конуса и всех его образующих.

Lode_konuss2.png Lode_konuss21.png

В любой конус можно вписать шар.

Чертится осевое сечение.

В общем случае осевым сечением является равнобедренный треугольник.

Центр шара O находится в точке пересечения высоты конуса и биссектрисы угла образующей конуса с основанием конуса.



Вопросы
  1. Сто­ро­ны тре­уголь­ни­ка \(ABC\) ка­са­ют­ся сферы ра­ди­у­сом 5 см. Найдите рас­сто­я­ние от цен­тра сферы до плос­ко­сти \(ABC\), если \(AB=13 \ см\), \(BC=14 \ см\), \(CA=15 \ см\).

  2. Площадь большого круга шара равна 1. Найдите площадь поверхности шара.

  3. Объем прямоугольного параллелепипеда, описанного около сферы, равен 10648. Найдите радиус сферы.

  4. Цилиндр описан около шара. Объем цилиндра равен 6. Найдите объем шара.

  5. Объем од­но­го шара в 27 раз боль­ше объ­е­ма вто­ро­го. Во сколь­ко раз пло­щадь по­верх­но­сти пер­во­го шара боль­ше пло­ща­ди по­верх­но­сти вто­ро­го?

  6. В правильную четырехугольную пирамиду с высотой 16 см вписан шар с радиусом 6 см. Определите объем пирамиды.

  7. В шар вписана правильная четырехугольная пирамида, все ребра которой равны 12 см. Вычислите радиус шара.

  8. В конус с образующей, равной 39 см, и площадью основания 225 \(\pi\) см\(^2\) вписан цилиндр с высотой, равной 24 см. Определите объем цилиндра.

Сообщить об ошибке