立體的截面

高中數學求任意平面與立方體棱的交點,去除重複點,並依序排列成凸截面多邊形

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關於此實驗

在立方體中平移並旋轉無限切割平面。測量三角形、四邊形、五邊形和六邊形,並檢視僅接觸一條棱或一個頂點的退化截面。

學習目標

  • 了解平面的方向與位置和截面多邊形之間的關係。
  • 在平面本身上計算截面的面積與周長。
  • 區分內部多邊形與相切線段、切點或空交集。

使用方法

  1. 1檢視正六邊形的中央截面並選取其頂點。
  2. 2將平面移向一個角,直到截面變成三角形。
  3. 3旋轉法線,得到一個與面平行的正方形截面。
  4. 4移到支撐距離之外,並說明為什麼不再有截面。

模型

滑桿 s 表示以立方體支撐距離正規化後的偏移量。
依序排列的平面頂點可用來求出真正的三維多邊形面積。
垂直於體對角線的中央截面面積就是這個值。

假設

  • 立方體是封閉的立體,而數學平面是無限延伸的。可見的平面只是有限的繪圖區域。
  • 座標容差範圍內的交點會合併,因此,通過立方體頂點的平面不會產生重複的截面頂點。
  • 線段或點的多邊形面積為零,也沒有多邊形周長。與立方體某個面重合的平面,其交集就是該整個面。

在課堂上試試這個實驗

  1. Q1為什麼立方體的截面可以有六條邊,儘管每個面都只有四條邊?
  2. Q2將立方體的每條邊長都加倍後,面積和周長會如何變化?

常見問題

三角形截面一定是立方體的一個面嗎?

不是。它可以在一個角附近斜切過三條相鄰的立方體稜。

能從透視圖中準確讀出最大的可見多邊形嗎?

請使用面積讀數。透視縮短會改變螢幕上看起來的面積,但不會改變計算所得的平面內面積。