Сфера
Сфера и шар
Работа ученика 11 класса
средней школы №1906
юго-западного округа
г.Москвы
Кашина Виталия.
Сфера и шар.
Сфера-это
фигура, состоящая из всех точек пространства, удалённых от данной точки на
данном расстоянии.
Точка О
называется центром сферы, R-радиус сферы.
Любой отрезок,
соединяющий центр и какую-нибудь точку сферы, называется радиусом сферы.
Отрезок, соединяющий две точки сферы и проходящий через её центр, называется
диаметром сферы.
Шар-это фигура,
состоящая из всех точек пространства, находящихся на расстоянии не большем
данного от данной точки
(или фигура,
ограниченная сферой).
Уравнение сферы.
след. MC=
т.к. MC=R, то
если т.М не
лежит на сфере, то MCR, т.е. координаты точки М
не удовлетворяют
уравнению.Следовательно, в прямоугольной системе координат уравнение сферы
радиуса R с центром C(x0;y0;z0;) имеет вид :
Взаимное расположение сферы и плоскости.
d - расстояние
от центра сферы до плоскости.
след. C(0;0;d),
поэтому сфера имеет уравнение
плоскость
совпадает с Оxy, и поэтому её уравнение имеет вид z=0
Если т.М(x;y;z)
удовлетворяет обоим уравнениям, то она лежит и в плоскости и на сфере, т.е.
является общей точкой плоскости и сферы.
след. возможны 3
решения системы :
1) d<R
, d^2<R^2 , x^2 + y^2 = R^2 - d^2 > 0
уравнение имеет
б.м. решений, пересечение сферы и плоскости - окружность C(0;0;0) и
r^2=R^2 - d^2
2) d=R ,
x^2 + y^2 =0 , x=y=0 след. сфера пересекается плоскостью в точке О(0;0;0)
3) d>R ,
d^2>R^2 R^2 - d^2 < 0
Касательная плоскость к сфере.
Плоскость,
имеющая со сферой только одну общую точку, называется касательной плоскостью к
сфере, а их общая точка называется точкой касания плоскости и сферы.
Теорема:
Радиус сферы,
проведённый в точку касания сферы и плоскости, перпендикулярен к касательной
плоскости.
Доказательство:
Предположим,
что ОА не перпендикулярен плоскости, след. ОА-наклонная к плоскости, след. ОА
> R , но т.А принадлежит сфере, то получаем противоречие, след. ОА
перпендикулярен плоскости.
ч.т.д.
Теорема:
Если радиус
сферы перпендикулярен к плоскости, проходящей через его конец, лежащий на
сфере, то эта плоскость является касательной к сфере.
Доказательство:
Из условия теоремы
следует, что данный радиус является перпендикуляром, проведённым из центра
сферы к данной плоскости. Поэтому расстояние от центра сферы до плоскости
равно радиусу сферы, и, следовательно, сфера и плоскость имеют только одну
общую точку. Это означает, что данная плоскость является касательной к сфере.
ч.т.д.
Площадь сферы:
Для определения
площади сферы воспользуемся понятием описанного многогранника. Многогранник
называется описанным около сферы (шара) , если сфера касается всех его граней.
При этом сфера называется вписанной в многогранник.
Пусть описанный
около сферы многогранник имеет n-граней. Будем неограниченно увеличивать n
таким образом, чтобы наибольший размер кождой грани стремился к нулю. За
площадь сферы примем предел последовательности площадей поверхностей описанных
около сферы многогранников при стремлении к нулю наибольшего размера кождой
грани. Можно доказать, что этот предел существует, и получить формулу для вычесления
площади сферы радиуса R :
S=4ПR^2