Работа «Мир многогранников» посвящена удивительному миру многогранников.
Актуальность данной темы не вызывает сомнения.
Человек проявляет интерес к многогранникам на протяжении всей своей сознательной деятельности – от двухлетнего ребенка, играющего деревянными кубиками, до зрелого математика. Некоторые из правильных и полуправильных тел встречаются в природе в виде кристаллов, другие – в виде вирусов, которые можно рассмотреть с помощью электронного микроскопа.
Помимо этого, тема " Многогранники " - одна из основных в школьном курсе геометрии. Поэтому для нас учителей также важна и пропедевтическая сторона, в частности развитие пространственного воображения учащихся.
Эта тема имеет яркие приложения, в том числе в живописи, архитектуре. Кроме этого в ней, по образному выражению академика А.Д. Александрова сочетаются «Лёд» и «Пламя», т. е. живое воображение и строгая логика.
Авторы поставили перед собой цель: Изучить удивительный мир многогранников и научиться строить многогранники своими руками.
В теоретической части проведена серьезная работа по изучению соответствующего раздела математики, проанализирована литература и материалы сети Internet.
В практической части представлен отчет об исследовательской работе с одноклассниками. И именно эта часть мне кажется наиболее интересной и ценной.
Она разбивается на два основных блока: первый - многогранники, собранные непосредственно семьями учащихся 6 «Б» класса (геометрические тела сложной конструкции, собранные из картона, и необычайно красивые). Особо стоит отметить, что помимо сборки многогранника, присутствует математическое описание, т.е. процесс построения многогранника имеет логическое завершение и математическое обоснование.
Второй этап – проведение мастер-классов по сборке правильных многогранников. Мастер-классы проводились в начальной школе и в среднем звене. Учащиеся 6 «Б» подготовили презентацию с теоретической частью, подготовили видео - ролики сборки многогранников и их развертки. Каждый участник смог попробовать самостоятельно собрать свой многогранник. Мастер - классы вызвали большой неподдельный интерес. Многие учащиеся, не только собрали в аудитории многогранник, но и попросили взять домой все имеющиеся у авторов развертки, с целью дальнейшей сборки.
Вложение | Размер |
---|---|
mnogogranniki_proekt_dlya_sayta.doc | 590 КБ |
prilozhenie_no_1_trinadtsat_mnogogrannikov.docx | 502.38 КБ |
prilozhenie_no_2_mikromir.docx | 296.65 КБ |
prilozhenie_no_3_kristally.docx | 521.65 КБ |
prilozhenie_no_4_marki.docx | 637.17 КБ |
prilozhenie_no_5_v_arhitekture_.docx | 2.48 МБ |
prilozhenie_no_6_v_iskusstve.docx | 542.03 КБ |
prilozhenie_no7_dodekaedr.doc | 39.5 КБ |
prilozhenie_no7_oktaedr.doc | 27.5 КБ |
prilozhenie_no7_tetraedr.doc | 33 КБ |
prilozhenie_no_7_kub.doc | 40.5 КБ |
prilozhenie_no_8_nashi_mnogogranniki.docx | 670.22 КБ |
МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОДИНЦОВСКИЙ ЛИЦЕЙ №2
(143000, Московская область, г. Одинцово, ул. Чикина, д. 13)
тел. 8(495)591-45-50
КОНКУРСНАЯ РАБОТА
Номинация (математика)
«МИР МНОГОГРАННИКОВ»
Выполнили:
Алексеева Екатерина Андреевна, 6 класс
Валуева Наталья Михайловна, 6 класс
Бахтиярова Алина Рауфовна, 6 класс
Малютина Анастасия Евгеньевна, 6 класс
Охоцкая Ольга Александровна, 6 класс
Руководитель:
Осуровская Светлана Александровна,
учитель математики
Одинцовского лицея № 2
Одинцово
2016
Содержание:
Введение. | 3 | |
Основная часть. | ||
1. | Основные понятия. | 5 |
2. | Исторические сведения. | 7 |
2.1. Первые упоминания. | 7 | |
2.2. Платоновы тела. | 7 | |
2.3. Формула Эйлера. | 7 | |
2.4. Полуправильные многогранники Архимеда. | 8 | |
2.5. Кеплер и его модель Солнечной системы. | 9 | |
2.6. Икосаэдро - додекаэдровая структура Земли. | 9 | |
3. | Многогранники вокруг нас. | 10 |
3.1. Многогранники в природе. Микромир. | 10 | |
3.2. Многогранники в природе. Кристаллы. | 11 | |
3.3. Многогранники на почтовых марках. | 11 | |
3.4. Многогранники в архитектуре. | 12 | |
3.5. Многогранники в искусстве. | 12 | |
4. | Изготовление моделей правильных многогранников. | 13 |
Заключение. | 15 | |
Список литературы. | 16 | |
Приложение № 1 Тринадцать многогранников Архимеда. | 17 | |
Приложение № 2 Многогранники в природе. Микромир. | 19 | |
Приложение № 3 Многогранники в природе. Кристаллы. | 20 | |
Приложение № 4 Многогранники на марках. | 22 | |
Приложение № 5 Многогранники в архитектуре. | 24 | |
Приложение № 6 Многогранники в искусстве. | 29 | |
Приложение № 7 Развертки многогранников. | 32 | |
Приложение № 8 Модели многогранников 6 «Б». | 37 |
"Правильных многогранников вызывающе мало, - но этот весьма скромный по численности отряд сумел пробраться в самые глубины различных наук". (1, с.172)
Л. Кэрролл.
ВВЕДЕНИЕ.
Осенью была экскурсия по Москве, мы обратили внимание, что все здания, очень красивы и имеют правильную геометрическую форму. Это и послужило началом нашего проекта.
Гипотеза:
Посмотрите вокруг - как разнообразен наш мир, какие разные предметы нас окружают. И можно заметить, что все это - геометрические фигуры и тела. И наши дома, и египетские пирамиды, и кубики, которыми играют дети, и объекты архитектуры и дизайна, и предметы обихода состоят из правильных многогранников.
Они встречаются в природе в виде кристаллов, и в виде вирусов. А биологи говорят о том, что шестиугольные соты пчел, содержащие мед, тоже имеют форму правильного многогранника. Существует гипотеза, что именно правильная шестиугольная форма сот помогает сохранить полезные свойства этого ценного продукта.
Так что же представляют собой эти столь совершенные тела?
И возможно ли обойтись без многогранников?
Цель работы:
Изучить удивительный мир многогранников и научиться строить многогранники своими руками.
Задачи работы:
4. Познакомиться с примерами применения многогранников в архитектуре и искусстве.
5. Провести исследовательскую работу в лицее (мастер-классы «Многогранник своими руками»)
6. Создать собственную коллекцию необычных многогранников.
7. Развить свой математический кругозор, мышление и речь, внимание и память, интуицию, воображение и фантазию.
Актуальность проекта:
В течение многих веков математики проявляли живейший интерес к многогранникам. Интерес к ним обусловлен не только их красотой и оригинальностью, но и большой практической ценностью.
Многогранники окружают нас в повседневной жизни.
1. Ворошилов А.В. Математика и искусство. - М. просвещение, 1992. – 352с.
Участвуя в данном проекте, попадаешь в удивительный мир многогранников. Узнаешь много нового об их видах и свойствах.
Таким образом, объектом нашего исследования будут геометрические тела, окружающие нас. А предметом исследования станут многогранники.
Методы исследования:
1. теоретический: библиографический анализ литературы и материалов сети Internet;
2. эмпирический:
- проведение мастер-классов «Сделай многогранник своими руками»;
- опрос-анкетирование учащихся;
- анализ полученных данных.
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.
Стороны граней – рёбра многогранника, а концы рёбер – вершины многогранника. По числу граней различают четырёхгранники, пятигранники и т. д.
рис.1
Оказывается, что правильных многогранников ровно пять - ни больше ни меньше.(рис.1) Ведь для того, чтобы получить какой-нибудь правильный многогранник, в каждой вершине, согласно его определению, должно сходиться одинаковое количество граней, каждая из которых является правильным многоугольником.
Сумма плоских углов многогранного угла должна быть меньше 360о, иначе никакой многогранной поверхности не получится. Перебирая возможные целые решения неравенств: 60к < 360, 90к < 360 и 108к < 360 (к - число плоских углов, сходящихся в одной вершине многогранника). доказывается, что правильных многогранников ровно пять.
Название | Внешний вид | Описание |
Правильный тетраэдр | Составлен из четырёх равносторонних треугольников. Каждая его вершина является вершиной трёх треугольников. Следовательно, сумма плоских углов при каждой вершине равна 180º. | |
Правильный октаэдр. | Составлен из восьми равносторонних треугольников. Каждая вершина октаэдра является вершиной четырёх треугольников. Следовательно, сумма плоских углов при каждой вершине 240º. | |
Правильный икосаэдр. | Составлен из двадцати равносторонних треугольников. Каждая вершина икосаэдра является вершиной пяти треугольников. Следовательно, сумма плоских углов при каждой вершине равна 300º. | |
Куб (гексаэдр) | Составлен из шести квадратов. Каждая вершина куба является вершиной трёх квадратов. Следовательно, сумма плоских углов при каждой вершине равна 270º | |
Правильный додекаэдр | Составлен из двенадцати правильных пятиугольников. Каждая вершина додекаэдра является вершиной трёх правильных пятиугольников. Следовательно, сумма плоских углов при каждой вершине равна 324º. |
Названия правильных многогранников пришли из Древней Греции, в них указывается число граней:
«эдра» | грань |
«тетра» | 4 |
«гекса» | 6 |
«окта» | 8 |
«икоса» | 20 |
«додека» | 12 |
2. ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.
2.1. Первые упоминания.
Правильные многогранники известны с древнейших времён. Их орнаментные модели можно найти на резных каменных шарах, созданных в период позднего неолита, в Шотландии, как минимум за 1000 лет до Платона. В костях, которыми люди играли на заре цивилизации, уже угадываются формы правильных многогранников.
Первые упоминания о многогранниках известны еще за три тысячи лет до нашей эры в Египте и Вавилоне. Достаточно вспомнить знаменитые египетские пирамиды и самую известную из них – пирамиду Хеопса. Это правильная пирамида, в основании которой квадрат со стороной 233 м и высота которой достигает 146,5 м. Не случайно говорят, что пирамида Хеопса – немой трактат по геометрии.
В значительной мере правильные многогранники были изучены древними греками (начиная с VII до н.э.) Некоторые источники (такие как Прокл Диадох) приписывают честь их открытия Пифагору. Другие утверждают, что ему были знакомы только тетраэдр, куб и додекаэдр, а честь открытия октаэдра и икосаэдра принадлежит Теэтету Афинскому, современнику Платона. В любом случае, Теэтет дал математическое описание всем пяти правильным многогранникам и первое известное доказательство того, что их ровно пять.
2.2. Платоновы тела.
Правильные многогранники характерны для философии Платона, в честь которого и получили название «платоновы тела». Платон писал о них в своём трактате Тимей (360г до н. э.), где сопоставил каждую из четырёх стихий (землю, воздух, воду и огонь) определённому правильному многограннику. Земля сопоставлялась кубу, воздух — октаэдру, вода — икосаэдру, а огонь — тетраэдру. Для возникновения данных ассоциаций были следующие причины:
- жар огня ощущается чётко и остро (как маленькие тетраэдры);
- воздух состоит из октаэдров: его мельчайшие компоненты настолько гладкие, что их с трудом можно почувствовать;
- вода выливается, если её взять в руку, как будто она сделана из множества маленьких шариков (к которым ближе всего икосаэдры);
- в противоположность воде, совершенно непохожие на шар кубики составляют землю, что служит причиной тому, что земля рассыпается в руках, в противоположность плавному току воды.
По поводу пятого элемента, додекаэдра, Платон сделал смутное замечание: «…его бог определил для Вселенной и прибегнул к нему в качестве образца»(1, с112)
2.3.Формула Эйлера
Была выведена формула, связывающая число вершин (В), граней (Г) и рёбер (Р) любого выпуклого многогранника простым соотношением:
1.- Энциклопедия для детей. Т. 11. Математика. – М: Аванта плюс, 2002.
В + Г = Р + 2.
Доказал это удивительное соотношение один из величайших математиков Леонард Эйлер (1707 – 1783), поэтому формула названа его именем: формула Эйлера. Этот гениальный учёный, родившийся в Швейцарии, почти всю жизнь прожил в России, и мы с полным основанием и гордостью можем считать его соотечественником.
Самое удивительное в этой формуле, что она верна не только для правильных многогранников, но и для всех многогранников!
Правильный многогранник | Число | ||
граней | вершин | рёбер | |
Тетраэдр | 4 | 4 | 6 |
Куб | 6 | 8 | 12 |
Октаэдр | 8 | 6 | 12 |
Додекаэдр | 12 | 20 | 30 |
Икосаэдр | 20 | 12 | 30 |
Правильный многогранник | Число | |
граней и вершин (Г + В) | рёбер (Р) | |
Тетраэдр | 4 + 4 = 8 | 6 |
Куб | 6 + 8 = 14 | 12 |
Октаэдр | 8 + 6 = 14 | 12 |
Додекаэдр | 12 + 20 = 32 | 30 |
Икосаэдр | 20 + 12 = 32 | 30 |
2.4. Полуправильные многогранники Архимеда.
Древнегреческий ученый Архимед обобщил понятие правильного многогранника и открыл новые математические объекты – полуправильные многогранники. (Приложение № 1) Так он назвал многогранники, у которых все грани – правильные многоугольники более как одного рода, а все многогранные углы конгруэнтны. Только в наше время удалось доказать, что тринадцатью открытыми Архимедом полуправильными многогранниками исчерпывается все множество этих геометрических фигур.
Множество архимедовых тел можно разбить на несколько групп.
Первую из них составят пять многогранников, которые получаются из платоновых тел в результате их усечения.
Так могут быть получены пять архимедовых тел: усечённый тетраэдр, усечённый гексаэдр (куб), усечённый октаэдр, усечённый додекаэдр и усечённый икосаэдр. (Приложение № 1)
Другую группу составляют всего два тела, именуемых также квазиправильными многогранниками. Эти два тела носят названия: кубооктаэдр и икосододекаэдр. (Приложение № 1)
Два последующих многогранника называются ромбокубооктаэдром и ромбоикосододекаэдром. Иногда их называют также «малым ромбокубооктаэдром» и «малым ромбоикосододекаэдром» в отличие от большого ромбокубооктаэдра и большого ромбоикосододекаэдра. (Приложение № 1)
Наконец существуют две так называемые «курносые» модификации — одна для куба, другая — для додекаэдра. Для каждой из них характерно несколько повёрнутое положение граней, что даёт возможность построить два различных варианта одного и того же «курносого» многогранника (каждый из них представляет собой как бы зеркальное отражение другого). (Приложение № 1)
2.5. Кеплер и его модель Солнечной системы.
В XVI веке немецкий астроном Иоганн Кеплер пытался найти связь между пятью известными на тот момент планетами Солнечной системы (исключая Землю) и правильными многогранниками.
В книге «Тайна мира», опубликованной в 1596 году, Кеплер изложил свою модель Солнечной системы (рис.2). В ней пять правильных многогранников помещались один в другой и разделялись серией вписанных и описанных сфер. Каждая из шести сфер соответствовала одной из планет (Меркурию, Венере, Земле, Марсу, Юпитеру и Сатурну). Многогранники были расположены в следующем порядке (от внутреннего к внешнему): октаэдр, за ним икосаэдр, додекаэдр, тетраэдр и, наконец, куб. Таким образом, структура Солнечной системы определялись правильными многогранниками. Позже от оригинальной идеи Кеплера пришлось отказаться, но результатом его поисков стало открытие двух законов орбитальной динамики — законов Кеплера, — изменивших курс физики и астрономии, а также правильных звёздчатых многогранников (тел Кеплера — Пуансо).
2.6. Икосаэдро-додекаэдровая структура Земли
Идеи Платона и Кеплера о связи правильных многогранников с гармоничным устройством мира и в наше время нашли своё продолжение в интересной научной гипотезе, которую в начале 80-х гг. высказали московские инженеры В. Макаров и В. Морозов. Они считают, что ядро Земли имеет форму и свойства растущего кристалла, оказывающего воздействие на развитие всех природных процессов, идущих на планете. Лучи этого кристалла, а точнее, его силовое поле, обуславливают икосаэдро-додекаэдровую структуру Земли (рис. 3). Она проявляется в том, что в земной коре как бы проступают проекции вписанных в земной шар правильных многогранников: икосаэдра и додекаэдра.
Многие залежи полезных ископаемых тянутся вдоль икосаэдро-додекаэдровой сетки; 62 вершины и середины рёбер многогранников, называемых авторами узлами, обладают рядом специфических свойств, позволяющих объяснить некоторые непонятные явления. Здесь располагаются очаги древнейших культур и цивилизаций: Перу, Северная Монголия, Гаити, Обская культура и другие. В этих точках наблюдаются максимумы и минимумы атмосферного давления, гигантские завихрения Мирового океана. В этих узлах находятся озеро Лох-Несс, Бермудский треугольник.
Дальнейшие исследования Земли, возможно, определят отношение к этой научной гипотезе, в которой, как видно, правильные многогранники занимают важное место.
В микромире многогранники встречаются в виде молекул, вирусов и бактерий - простейших организмов.
Например: фуллерены – шарообразные молекулы углерода С60.
Элементарной ячейкой воды являются тетраэдры, содержащие пять молекул Н2 О.
Форму тетраэдра также имеют молекулы метана (СН4) и молекула аммиака (NH3) (Приложение № 2 рис.1 и рис.2.)
В природе встречаются объекты, обладающие симметрией икосаэдра. Например, вирусы. (Приложение № 2 рис.3 и рис.4.)
Исключительностью икосаэдра вирусы воспользовались не случайно. Тут все дело в экономии — экономии генетической информации.
Остается добавить, что по законам математики для построения наиболее экономичным способом замкнутой оболочки из одинаковых элементов нужно сложить из них икосаэдр, который мы наблюдаем у вирусов.
Так «решают» вирусы сложнейшую задачу: найти тело наименьшей поверхности при заданном объеме, и притом, состоящее из одинаковых и тоже простейших фигур. Вирусы, мельчайшие из организмов, настолько простые, что до сих пор неясно — относить их к живой или неживой природе. Эти самые вирусы справились с геометрической проблемой, потребовавшей у людей более двух тысячелетий! Все так называемые «сферические вирусы», в том числе такой страшный, как вирус полиомиелита, представляют собой икосаэдры, а не сферы, как думали раньше.
Бактериофаги (греч. phagos — пожиратель; буквально — пожиратели бактерий) - бактериальные вирусы, вызывающие разрушение бактерий и других микроорганизмов (Приложение № 2 рис.5.), также имеют форму икосаэдра. Бактериофаг прикрепляется своим отростком к бактериальной клетке и, выделяя фермент, растворяет клеточную стенку; затем содержимое его головки через каналец отростка переходит внутрь клетки, где под влиянием нуклеиновой кислоты фага останавливается синтез бактериальных белков.
Водоросль вольвокс (Приложение № 2 рис.6 и рис.7.) — один из простейших многоклеточных организмов — представляет собой сферическую оболочку, сложенную в основном семиугольными, шестиугольными и пятиугольными клетками.
Мир кристаллов - мир не менее красивый, разнообразный, развивающийся, зачастую не менее загадочный, чем мир живой природы. Важность кристаллов для геологических наук состоит в том, что подавляющая часть земной коры находится в кристаллическом состоянии.
В естественной среде правильные многогранники можно встретить в виде кристаллов (минералов).
Форму тетраэдра передает сурьменистый сернокислый натрий. (Приложение № 3 рис.1.)
Даже необработанный алмаз отчетливо передает форму октаэдра. После шлифовки камень точно соответствует геометрической форме октаэдра. (Приложение № 3 рис.2 и рис.3)
Строение молекулы перовскита, химическая формула - СаТiO3, точно соответствует правильному многограннику. (Приложение № 3 рис.4 и рис.5)
Шпинель. Свое название камень получил от латинского "sp'inella" -маленький шип. (Приложение № 3 рис.6 и рис.7)
Куб- монокристалл объединяет в себе кристаллы поваренной соли NaCl. (Приложение № 3 рис.8 и рис.9)
Кристалл пирита (сернистого колчедана FeS) имеет форму додекаэдра. Пирит (от греч. “пир” — огонь) — сернистое железо или серный колчедан, наиболее распространенный минерал из группы сульфидов. Размеры кристаллов пирита достигают нескольких сантиметров. (Приложение № 3 рис.10).
Бор – имеет форму икосаэдра (Приложение № 3 рис.11).
Почтовые марки охватывают все значимые события в мире.
Не обошли вниманием художники-филателисты и изображения многогранников.
Почтовая марка, посвященная Леонарду Эйлеру с изображением икосаэдра, выпущена в 1983 г., в ГДР, к 200- летию ученого (Приложение № 4 рис.1).
Еще одна марка, выпущенная в 2007 году в Швейцарии, уже к 300 -летию со дня рождения Леонарда Эйлера (Приложение № 4 рис.2).
На обеих марках указана знаменитая Теорема Эйлера для многогранников.
Марка, выпущенная в Монако в 2000 году. Посвящена году математики. На переднем плане изображен додекаэдр (Приложение № 4 рис.3).
1994 год, Италия. Марка посвящена Лука Пачолли. Один из предметов на столе перед ученым –додекаэдр (Приложение № 4 рис.4).
На выпущенной в 1980 году в Венгрии марке, изображен математик и астроном Иоган Кеплер и его модель Вселенной на базе правильных многогранников (Приложение № 4 рис.5).
Выпущенная в Монголии марка, содержит копию гравюры Альбрехта Дюрера «Меланхолия». Один из множества элементов гравюры многогранник – усеченная сверху и снизу призма (Приложение № 4 рис.6).
И еще две марки, на которых, правда, изображены вовсе не многогранники в общепринятом понимании.
Марка, посвященная математическому конгрессу в Инсбруке (Австрия), проходившему в 1981 году. За основу взят невозможный ящик Эшера (Приложение № 4 рис.7).
Шведские марки с изображениями знаменитых фигур Оскара Реутерсварда, выпущенные в 1982 году (Приложение № 4 рис.8).
Архитектурные шедевры находятся в разных уголках земного шара и отражают особенности человеческой души. Тайные людские желания воплощаются в форме необыкновенных зданий.
Совершим небольшое путешествие по «многогранникам в архитектуре» (Приложение № 5).
Леонардо да Винчи, Сальвадор Дали, Альбрехт Дюрер, Мориц Корнилис Эшер - с работами этих мастеров можно ознакомиться в Приложении № 6.
Титан Возрождения, живописец, скульптор, ученый и изобретатель Леонардо да Винчи (1452-1519) — символ неразрывности искусства и науки. Закономерен его интерес к таким прекрасным, высокосимметричным объектам, как выпуклые многогранники (Приложение № 6 рис.1).
Знаменитый художник, увлекавшийся геометрией, Альбрехт Дюрер (1471- 1528), в известной гравюре «Меланхолия» на переднем плане изобразил многогранник (Приложение № 6 рис.2).
Голландский художник Мориц Корнилис Эшер (1898-1972) создал уникальные и очаровательные работы (Приложение № 6 рис.3).
Правильные геометрические тела - многогранники - имели особое очарование для Эшера. Во многих его работах многогранники являются главной фигурой, и часто они встречаются в качестве вспомогательных элементов.
На гравюре "Четыре тела" Эшер изобразил пересечение основных правильных многогранников, расположенных на одной оси симметрии, кроме этого многогранники полупрозрачные, и сквозь любой из них можно увидеть остальные (Приложение № 6 рис.4).
Изящный пример звездчатого додекаэдра можно найти в его работе "Порядок и хаос" (Приложение № 6 рис.5). В данном случае звездчатый многогранник помещен внутрь стеклянной сферы. Аскетичная красота этой конструкции контрастирует с беспорядочно разбросанным по столу мусором.
Очень интересная работа Эшера - гравюра "Звезды" (Приложение № 6 рис.6), на которой можно увидеть тела, полученные объединением тетраэдров, кубов и октаэдров. Если бы Эшер изобразил в данной работе лишь различные варианты многогранников, наверное, она не была бы столь исключительна. Но он по какой-то причине, поместил внутрь центральной фигуры хамелеонов, обеспечив ее незаурядность и уникальность.
На картине великого художника Сальвадора Дали «Тайная Вечеря» Христос со своими учениками изображён на фоне огромного прозрачного додекаэдра. (Приложение № 6 рис.7). Красота этой картины не требует комментариев.
Форму додекаэдра, по мнению древних, имела Вселенная, т.е. они считали, что мы живём внутри свода, имеющего форму поверхности правильного додекаэдра.
4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ ПРАВИЛЬНЫХ МНОГОГРАННИКОВ.
Однажды обычный английский мальчик Джеймс, увлёкшись изготовлением моделей многогранников, написал в письме к отцу: «Я сделал тетраэдр, додекаэдр и ещё два эдра, для которых не знаю правильного названия». (1, с.23) Эти слова знаменовали рождение в пока не примечательном мальчике великого физика Джеймса Кларка Максвелла.
Думается, что многих увлечёт изготовление моделей геометрических тел.
Поэтому, да и еще по ряду причин, о которых рассказано ниже, в лицее было принято решение провести мастер- классы по созданию многогранников. (Приложение № 7).
Раздел геометрии о фигурах в пространстве называется стереометрия. Существует мнение: изучение стереометрии затруднено тем, что многим людям мешает недостаточно развитое пространственное воображение.
На самом деле, это не совсем так, и способность представлять пространственные тела, мысленно перемещать их и трансформировать развита практически у любого человека, поскольку живет он в трехмерном пространстве. Другое дело, что это пространственное воображение далеко не всем удается применить при изучении стереометрии, иными словами,
1.- Энциклопедия для детей. Т. 11. Математика. – М: Аванта плюс, 2002.
перенести свой житейский «пространственный» опыт в учебный процесс. Отчасти это вызвано тем, что стереометрические изображения выполняются на плоской поверхности листа бумаги или доски.
Если поверхность многогранника разрезать по некоторым рёбрам, а затем развернуть её на плоскости, то получится фигура, которую называют развёрткой многогранника.
Изучая развертки и склеивая из них модели многогранников, у Вас появятся навыки преобразования плоских форм в объемные.
Затем развивается еще более тонкая способность – раскладывать объемные формы на простые плоские. То есть, увидев предмет в реальном мире, Вы можете создать его развертку из бумаги, и, склеив, получить модель-копию любого объемного предмета.
Какой еще смысл в бумажном моделировании?
И действительно, зачем? В век компьютерных технологий, когда все выводится на экран, и достаточно прикоснуться одним пальцем, чтобы управлять сложнейшей техникой. Но вот «бумажные технологии» человечеству исключить не удалось. Напротив, они очень прочно заняли место в современном мире, в качестве упаковочных материалов. Причем, мы так часто сталкиваемся с бумажными развёртками, что просто не замечаем этого.
Процесс создания многогранников из бумаги настолько нас увлек, что мы создали свою коллекцию (Приложение № 8).
9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Итак, многогранники присутствуют в нашей жизни буквально во всём, и мы настолько к ним привыкли, что порой не замечаем этого. Благодаря многогранникам, обнаруживаемым и в жизни, и в искусстве, и в архитектуре, открываются не только удивительные свойства геометрических фигур, но и пути познания природной гармонии и красоты.
Исследовательская работа была интересной и разнообразной, мы прикоснулись к удивительному миру красоты, совершенства, гармонии, узнали имена учёных, художников, которые посвятили этому миру свои труды, являющиеся шедеврами науки и искусства. Ещё раз убедились, что истоки математики – в природе, окружающей нас.
В рамках работы была изучена литература по теме, выявлены особенности многогранников, изготовлены чертежи, развёртки, модели многогранников.
Цель нашей работы достигнута, ведь мы не только познакомились с очередным математическим разделом, но и увлеклись миром многогранников, очаровали им учащихся нашего лицея, и всех наших родителей.
10. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Энциклопедия для детей. Т. 11. Математика. – М: Аванта плюс, 2002.
2. Энциклопедия для детей. Я познаю мир.Математика. – М: Издательство АСТ, 1999.
3. Ворошилов А.В. Математика и искусство. - М. просвещение, 1992. – 352
4. Рыбников К.А. История математики: Учебник. - М.: Изд-во МГУ, 1994. - 495
5. Дорофеев Г.В., Петерсон Л.Г. Математика. 6 класс. Часть 3 – М: Баласс,1988.
6. Шарыгин И. Ф., Ерганжиева Л.Н. Наглядная геометрия.Учебное пособие для V – VI классов. – М: Мирос 1992.
7. www.5ballov.ru
8. http://www.nips.riss-telecom.ru/poly/
9. Мир многогранников
http://www.sch57.msk.ru:8101/collect/smogl.htm
10. История математики
http://mschool.kubsu.ru/
11. Библиотека электронных учебных пособий
http://www.ega-math.narod.ru/
12. Статьи по математике
http://dondublon.chat.ru/math.htm
13. Популярная математика
http://www.uic.ssu.samara.ru/~nauka/index.htm
14. «В мире науки»
http://www.mccme.ru/
15. Московский центр непрерывного математического образования
Тринадцать многогранников Архимеда.
Увидев впервые эти 13 названий - "голова идет кругом". Всё смешивается.
Однако, запомнить и разобраться все-таки можно.
Прежде всего, как выглядят Архимедовы тела:
1. Усечённый тетраэдр | ||
2. Усечённый октаэдр | ||
3. Усечённый гексаэдр (другое название усечённый куб) | ||
4. Усечённый додекаэдр | ||
5. Усечённый икосаэдр | ||
6. Кубо-октаэдр | ||
7. Ромбо-кубо-октаэдр | ||
8. Ромбо-усечённый кубо-октаэдр | ||
9. Плосконосый куб (другое название курносый куб) | ||
10. Икосо-додекаэдр | ||
11. Усечённый икосо-додекаэдр | ||
12. Ромбо-усечённый икосо-додекаэдр | ||
13. Плосконосый додекаэдр (другое название курносый додекаэдр) |
Кристаллы.
Сурьменистый сернокислый натрий
рис. 1
Необработанный алмаз. | Алмаз после шлифовки. |
рис. 2 | рис.3 |
Строение молекулы перовскита. | Перовскит. |
рис.4 | рис.5 |
Шпинель. | Шпинель. |
рис.6 | рис.7 |
Кристаллы поваренной соли NaCl. | Строение молекулы поваренной соли NaCl. |
рис.8 | рис.9 |
Кристалл пирита (сернистого колчедана FeS) | Бор. |
рис.10 | рис.11 |
МНОГОГРАННИКИ В ИСКУССТВЕ.
Изображения Леонардо да Винчи додекаэдра методом жестких ребер (а) рис.1. | |
Альбрехт Дюрер (1471- 1528), Гравюра «Меланхолия». рис.2. | |
Голландский художник Мориц Корнилис Эшер (1898-1972) рис.3. | |
Гравюра «Четыре тела». рис.4. | Гравюра "Порядок и хаос". рис.5 |
Гравюра «Звезды» рис.6. | |
Сальвадор Дали «Тайная Вечеря» рис.7 | |
Титульный лист книги Ж. Кузена «Книга о перспективе». рис.8 |
Приложение № 7 1
«Мир многогранников»
Приложение № 7 2
«Мир многогранников»
Развертка октаэдра
Приложение № 7 4
«Мир многогранников»
Приложение № 7 3
«Мир многогранников»
МОДЕЛИ МНОГОГРАННИКОВ 6 «Б».
Существует достаточно большое количество известных математикам многогранников. Столь сложные названия фигуры получают в результате преобразования исходных многогранников. Как правило, к названию исходной фигуры добавляется слово, связанное с преобразованием.
Семья Екатерины Алексеевой 6 Б |
Слово додекаэдр имеет греческое происхождение (Dodeka - двенадцать и hedra – грань) и означает двенадцатигранник. Большой додекаэдр открыт в 1809году Луи Пуансо (1777- 1859) – французский математик и механик, академик Парижской Академии наук. Многогранник может быть получен одним из 2-х преобразований:
|
Семья Ольги Охоцкой 6 Б |
Дословно «двенадцати двенадцатигранник» - Додека- (от греч. Двенадцать) -Додекаэдр - (от греч. Dodeka - двенадцать и hedra – грань). В основе фигуры лежит додекаэдр – правильный многогранник, составленный из двенадцати правильных пятиугольников. Далее происходит самый важный момент – момент преобразования. Додекаэдр делится двенадцатью плоскостями параллельно граням. В результате каждого преобразования каждая грань из правильного пятиугольника превращается в звезду. |
Семья Тимофея Стрижкова 6 Б |
Считается, что Большой звездчатый додекаэдр первым увидел немецкий астроном Иоганн Кеплер (1619г.), но описал его в своих работах Луи Пуансо (1809 г.), поэтому честь его открытия закрепляют именно за ним. В основе фигуры лежит додекаэдр – правильный многогранник, составленный из двенадцати правильных пятиугольников. Далее происходит самый важный момент – момент преобразования. Продление лучей параллельных сторонам правильного пятиугольника приводит к образованию пятиконечной звезды. Соединение между собой вершин пятиконечной звезды образует новый пятиугольник. Продление сторон нового пятиугольника также приводит к образованию пятиконечной звезды. В итоге на сторонах пятиугольника вырастают пять треугольников – грани большого звездчатого додекаэдра. |
Семья Марии Астаховой 6 Б |
В основе фигуры лежит икосаэдр – правильный многогранник, составленный из двадцати правильных треугольников. Слово «большой» в названии символизирует рост граней. Многогранник получен в результате пересечения плоскостей, образованных гранями икосаэдра. |
Семья Тимофея Бобровского 6 Б |
В названии это преобразование отражается в части «кубо-октаэдр». Если бы мы срезали все вершины исходного куба сильнее, то полученный многогранник именовался бы кубо-октаэдр.
|
Семья Елизаветы Бараник 6 Б |
Данный многогранник образуется путем преобразования икосо-додекаэдра. Слово «малый» в названии означает, что преобразование идет внутрь, за счет уменьшения исходного тела, а «дополнительное» слово «икосо» относится к типу преобразования (срезу), которое происходит параллельно двадцати плоскостям икосаэдра. |
Семья Анастасии Малютиной 6 Б |
Это многогранник, имеющий двадцать «полных» граней и двенадцать «пустых»: - Икосо- от греч. Eikosi двадцать; - Геми- от греч. Hemi – полу , означающее половину; - Додекаэдр - (от греч. Dodeka - двенадцать и hedra – грань). Слово «малый» в названии означает, что преобразование идет внутрь фигуры – удаление ее части. На первом этапе додекаэдр за счет среза углов преобразуется в икосо - додекаэдр. На втором этапе из пятиугольных граней икосо- додекаэдра удаляется «содержимое», и образуется малый икосо - геми – додекаэдр. На «дне» каждого пятигранника точка заменена на плоскость. |
Семья Алины Бахтияровой 6 Б |
Вся цепочка преобразований имеет следующий вид:
На завершающем этапе удаляется «содержимое» наклонных граней. Образуется малый кубо-кубо-октаэдр. |
Семья Людмилы Рясной 6 Б |
Слово додекаэдр имеет греческое происхождение (Dodeka - двенадцать и hedra – грань) и означает двенадцатигранник. Малый звездчатый додекаэдр открыт в 1619 году немецким астрономом Иоганном Кеплером, и представляет из себя первую звездчатую форму додекаэдра. Как образуется этот многогранник? Продлеваем лучи, параллельные сторонам правильного пятиугольника, получилась пятиконечная звезда. На сторонах пятиугольника выросли пять треугольников. Одновременный «рост» всех граней додекаэдра приводит к образованию 12 лучей Малого звездчатого додекаэдра. |
Семья Артема Стекачева 6 Б | 10.ЧЕТЫРНАДЦАТАЯ ЗВЕЗДЧАТАЯ ФОРМА ИКОСАЭДРА. Поиском звездчатых форм икосаэдра занимались еще во времена Иоганна Кеплера (XVI век). Но систематическое и полное исследование в 1938 году провел профессор канадского университета Дональд Кокстер совместно с математиками Дювалем, Флэзером и Петри. Кокстер доказал, что существует всего 59 форм икосаэдра, подробно описал их и закрепил за каждой формой свое название, точнее номер. Вот обыкновенный икосаэдр. Приложите к любой его грани линейку, она уходит за пределы грани, но остается параллельна ей. Приложите две линейки к сторонам икосаэдра, и вы увидите, что в какой-то точке они пересекутся. Линейки символизируют продолжение граней многогранника (плоскостей граней). Пересечение плоскостей будет создавать новые геометрические формы. Общая форма многогранника имеет весьма заметную симметрию додекаэдра. Объяснение этому в принципе двойственности. Икосаэдр и додекаэдр образуют двойственную пару, подобную паре - куб и октаэдр. |
Воздух - музыкант
Колумбово яйцо
Крутильный маятник своими руками
Три коробки с орехами
Гораздо больше риска в приобретении знаний, чем в покупке съестного