Методическое обоснование урока. Использование знаний из физики, астрономии, МХК, биологии на уроке геометрии при обобщении систематизации сведений по теме: «Симметрия в пространстве. Правильные многогранники. Элементы симметрии правильных многогранников».
Знакомство с понятием «симметрия» и её видами, элементами симметрии правильных многогранников;
Изучение проявлений симметрии в окружающем нас мире;
Перспективы применения симметрии в различных сферах деятельности человека.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Разработка урока по теме: «Симметрия в пространстве. Правильные многогранники. Элементы симметрии правильных многогранников».
Методическое обоснование урока.
Использование знаний из физики, астрономии, МХК, биологии на уроке геометрии при обобщении систематизации сведений по теме «Симметрия в пространстве. Правильные многогранники. Элементы симметрии правильных многогранников».
Тип урока: урок применения знаний, умений и навыков учащихся.
Цели урока:
- Образовательные: обобщение и систематизация сведений о правильных многогранниках и их элементов симметрии, применении симметрии в пространстве.
- Развивающие:
Развитие умения логически излагать свои мысли, используя литературный язык;
Развитие умения аргументировать;
Развитие умения слушания и распределения внимания во время слушания;
Развитие умения задавать уточняющие вопросы;
Развитие умения полученные знания в нестандартных ситуациях;
Развивать умения выделять главное, сравнивать, обобщать;
Развитие абстрактного и наглядно-образного мышления.
- Воспитательные: Воспитание любви к предмету, воспитание сознательной дисциплины, формирование навыков контроля и самоконтроля, активизация познавательной деятельности в коллективе и формирование навыков сотрудничества, межпредметная связь. Привитие чувств к прекрасному, эстетическое воспитание.
Принципы обучения.
Дидактические:
- Систематичности и последовательности обучения.
- Доступности (опора на знания учащихся).
- Индивидуализации обучения (учёт психологических типов восприятия материала учащимися, дифференциация дидактического материала к заданиям).
- Научности.
- Связь теории с практикой.
Оборудование урока (средства обучения).
- Магнитная доска.
- Модели многогранников, модели правильных многогранников. Таблица.
- ИКТ.
- Карточки с заданиями.
- На рабочем столе учащихся: учебники, тетради, ручки и карандаши, линейки. Опорные конспекты.
Структура урока:
- Организационный этап.
- Этап проверки домашнего задания.
- Этап обобщения и систематизации знаний.
- Подведение итогов урока.
- Этап информации учащихся о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.
Методы контроля учебной деятельности на данном уроке:
- Устный и письменный.
- Фронтальный, групповой, индивидуальный.
- Итоговый контроль.
Ход урока.
- Организационный этап.
Взаимное приветствие учителя и учащихся.
Сообщение темы урока, плана работы на уроке обобщения и систематизации сведений по теме.
Постановка цели.
- Этап проверки домашнего задания. Заготовки моделей многогранников.
- Этап всесторонней проверки знаний.
- Математический диктант с взаимопроверкой (письменно и карточки сдают учителю). Приложение 1.
- Фронтальный опрос:
- Симметрия в планиметрии.
- Виды симметрии.
- Свойство симметрии.
- Фигуры, симметричные сами себе.
- План урока.
Цели:
- Знакомство с понятием «симметрия» и её видами, элементами симметрии правильных многогранников;
- Изучение проявлений симметрии в окружающем нас мире;
- Перспективы применения симметрии в различных сферах деятельности человека.
- Симметрия в пространстве. Рассказ учителя с обсуждением.
- Симметрия в природе. Выступление ученика. Ответы на вопросы учащихся.
- Симметрия в искусстве: архитектуре, скульптуре, живописи. Выступление ученика. Ответы на вопросы учащихся.
- Правильные многогранники. Рассказ ученика по готовым моделям.
Вопросы предлагаются учащимся заранее.
Вопросы и задания.
Общие:
- Понятие многогранника.
- Понятие пирамиды. Изготовить модели.
- Понятие призмы. Изготовить модели.
Индивидуальные:
- Из справочной литературы сделать подборку материалов о правильных многогранниках.
- Подготовить сообщения: «Симметрия в пространстве», «Симметрия в природе», «симметрия в искусстве».
- Изготовить модели правильных многогранников.
Групповые:
- Приведите примеры применения симметрии в пространстве, природе, искусстве.
- Подготовить информацию о древнегреческом учёном Платоне.
- Симметрия в пространстве.
«Симметрия ….есть идея, с помощью которой человек веками пытался объяснить и создать порядок, красоту и совершенство». Эти слова принадлежат известному математику Герману Вейлю.
В планиметрии мы рассматривали фигуры, относительно точки и прямой. В стереометрии рассматривают симметрию относительно точки, прямой и плоскости.
- Точки А иА 1 называются симметричными относительно точки О (центр симметрии), если О - середина отрезка АА 1 . точка О Чертёж.
- Точки А и А 1 называются симметричными относительно Прямой а (ось симметрии), если прямая проходит через середину отрезка АА 1 и перпендикулярна этому отрезку. Каждая точка прямой а считается симметричной самой себе. Чертёж. Лист, снежинка, бабочка – примеры осевой симметрии. Приложение 2.
- Ежедневно каждый из нас по несколько раз в день видит отражение в зеркале. Это настолько обычно, что мы не удивляемся, не задаём вопросов, не делаем открытий. Немецкий философ Иммануил Кант говорил о зеркальном отражении так: «Что может более похоже на мою руку или моё ухо, чем их собственное отражение в зеркале? И всё же руку, которую я вижу в зеркале, нельзя поставить на место постоянной руки…».
Это и есть симметрия относительно плоскости.
Точки А и А 1 называются симметричными относительно плоскости (плоскость симметрии), если плоскость проходит через середину отрезка АА 1 и перпендикулярна этому отрезку. Каждая точка плоскости считается симметричной самой себе. Чертёж.
- Введём понятия центра, оси и плоскости симметрии фигуры.
Точка (прямая, плоскость) называется центром (осью, плоскостью) симметрии фигуры, если каждая точка фигуры симметрична относительно неё некоторой точке той же фигуры. Если фигура имеет центр (ось, плоскость) симметрии, то говорят, что она обладает центральной (осевой, зеркальной) симметрией.
- Симметрия в природе.
«Раз, стоя перед чёрной доской и рисуя на ней мелом разные фигуры, я вдруг был поражён мыслью: почему симметрия приятна для глаз? Что такое симметрия? Это врождённое чувство, отвечал я сам себе. На чём же оно основано? Разве во всём жизни симметрия?» - задавал вопросы Николенька Иртеньев из «Отрочества» Л.Толстого.
Почему же в природе царит симметрия? Почему симметрично всё живое от микроорганизмов до человека?
Господство симметрии в природе объясняется силой тяготения, действующей во всей Вселенной. Действием тяготения или его отсутствие объясняется тем, что и космические тела, плавающие во Вселенной, и микроорганизмы, взвешенные в воде, обладают высшей формой симметрии – сферической (при любом повороте относительно центра фигуры совпадает сама с собой). Все организмы, растущие в прикреплённом состоянии (деревья) или живущие на дне океана (морские звёзды), т.е. организмы, для которых направление силы тяжести является решающим, имеют ось симметрии. Для животных способных передвигаться в воде, воздухе или по земле, кроме направления силы тяжести, важным оказывается и направление движения животного. Такие животные имеют плоскость симметрии. Биологи эту плоскость называют билатеральной, а тип симметрии – зеркальным.
Примеры симметрии в живой природе - насекомые, а именно, красивейшие создания земли – бабочки, которая являет собой пример зеркальной симметрии. Приложение 2.
Почти все кристаллы в природе – симметричны. Приложение 3.
- Симметрия в искусстве (архитектуре, скульптуре, живописи, литературе , музыке, танцах).
Наблюдая окружающий его мир, человек, исторически пытался более или менее реалистично отобразить его в различных видах искусства, поэтому очень интересно рассмотреть симметрию в живописи, скульптуре, архитектуре, литературе, музыке и танцах.
Симметрию в живописи мы можем увидеть уже в наскальных рисунках первобытных людей. В древние века значительной частью искусства рисования – были иконы, при создании которых художники использовали свойства зеркальной симметрии. Глядя на них сегодня, поражаешься удивительной симметричностью в обликах святых, хотя иногда происходит интересная вещь – в асимметричных изображениях мы ощущаем симметрию, как норму, от которой художник уклоняется под влиянием внешних факторов.
Элементы симметрии можно увидеть в общих планах зданий. Приложение 4. Скульптура и живопись тоже дают множество ярких примеров использования симметрии для решения эстетических задач. Примерами являются гробница Джулиано Медичи работы великого Микеланжело, мозаика апсиды собора Св. Софии в Киеве, где изображены две фигуры Христа, один причащает хлебом, другой – вином.
Зеркально – симметричное раздвоение фигуры Христа позволило одновременно изображать два важнейших момента евхаристии: причащение вином, обозначавшим кровь Христа. Зеркальное раздвоение Христа было одним из излюбленных приёмов иконографии тайной вечери. Приложение 5.
Симметрия, вытесняемая из живописи и архитектуры, постепенно занимала новые сферы жизни людей – музыку и танцы. Так в музыке 15 – ого века было открыто новое направление – имитационная полифония, являющаяся музыкальным аналогом орнамента, позже появились – фуги, звуковые версии сложного узора. В современном песенном жанре, как я считаю, припев – это пример простейшей переносной симметрии вдоль оси (текста песни). В танцах, использующих постоянно повторяющиеся фигуры и па, мы так же находим симметрию, смотрите на рисунок. Приложение 6.
Литература тоже не обошла своим вниманием симметрию. Так примером симметрии в литературе могут служить палиндромы, это такие части текста, обратная и прямая последовательность букв которых совпадают. Например, «А роза упала на лапу Азора» (А. Фет), «Уж редко рукою окурок держу». Как частный случай палиндромов, мы знаем много слов в русском языке, являющихся перевёртышами: кок, топот, казак и многие другие. На использовании таких слов часто строятся загадки – ребусы.
- Правильные многогранники.
В геометрии фигура может иметь один или несколько центров симметрии (осей). Выпуклый многогранник называется правильным, если все его грани-равные правильные многогранники и в каждой его вершине сходится одно и то же число ребер. Примером правильного многогранника является куб.
Докажем, что не существует правильного многогранника, гранями которого являются правильные шестиугольники, семиугольники и вообще при 6.
При 6 угол каждого многоугольника больше или равен 120 . С другой стороны, при каждой вершине многогранника должно быть не менее трёх плоских углов. Но 120
По этой же причине каждая вершина правильного многогранника может быть вершиной 3, 4, 5 правильных треугольников, 3 квадратов или 3 правильных пятиугольников. Значит, есть только 5 правильных многогранников. Приложение 7.
- Тетраэдр – четырёхгранник.
- Гексаэдр – шестигранник (куб).
- Октаэдр – восьмигранник.
- Икосаэдр – двадцатигранник.
- Додекаэдр - двенадцатигранник.
Правильные многогранники с древних времён привлекли к себе внимание учёных, архитекторов, художников.
Подробно описал свойства правильных многогранников древнегреческий учёный Платон. Поэтому их называют телами Платона. Правильным многогранникам посвящена 13 книга «Начал» Евклида. Платон считал, что атомы огня имеют форму тетраэдра, земли- гексаэдра, воздуха- октаэдра, воды- икосаэдра, вся вселенная – форму додекаэдра.
Герои картины испанского живописца С.Дали в «Тайной вечере» сидят на фоне огромного додекаэдра. Приложение 5. Художник А. Дюдер в гравюре «Меланхолия» дал перспективное изображение додекаэдра. Приложение 8.
В эпоху возрождения меланхолический темперамент отождествляли с творческим началом. На гравюре Дюрера Меланхолия окружена атрибутами зодчества и геометрии, отчего математики любят считать этот шедевр графического искусства олицетворением творческого духа математика, а саму Меланхолию – представительницей математики в мире прекрасного.
- Этап закрепления и обобщения.
Предлагаются модели многогранников: 1) дать характеристику; 2) выбрать из данных моделей многогранников – тела Платона.
6. Этап проверки знаний по изученной теме.
Выполнить практическую работу. Групповая работа. Приложение 9.
7. Вывод урока делают сами ученики.
Итак, что мы сегодня узнали? Что Вам запомнилось из нашей сегодняшней темы?
- Симметрия в пространстве.
- Симметрия в природе.
- Симметрия в искусстве: архитектуре, скульптуре, живописи.
- Правильные многогранники.
8.Итоги урока.
Выставление оценок за урок учащиеся сдают листочки с практической работой.
9. Информация о домашнем задании.
1) Нарисовать: геометрические фигуры, предметы, живые существа, которые имеют ось (центр) симметрии.
2)Индивидуальное творческое задание учащимся, которые получили хорошие и отличные оценки за урок. Написать реферат на тему: «Симметрия в быту, технике и физике».
10. Список литературы.
- Детская энциклопедия, 3-е издание, «Педагогика», М., 1973.
- Л. Тарасов, Этот удивительно симметричный мир, «Просвещение», М., 1980.
- И. Ф. Шарыгин, Л. Н. Ерганжиева. Наглядная геометрия, «МИРОС», 1995.
- Интернет – ресурсы.
Приложение 1.
Математический диктант.
- Какие виды симметрии вам знакомы из планиметрии?
- Какие свойства симметрии вы знаете?
- Какие многоугольники имеют: 1) Центр симметрии;
- Ось симметрии?
- Какие многогранники имеют симметрию? Перечислить.
Допишите пропущенные слова вместо …… .
5. Многогранник, у которого …… правильные …… называется правильным.
6. Куб – правильный многогранник, у которого ….. квадрат.
7. Тетраэдр – правильный …… , у которого грани - …… .
Приложение 2.
Симметрия в природе.
Приложение 3.
Кристаллы.
Приложение 4.
Симметрия в искусстве.
Назад
Вперёд
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Методическое обоснование урока.
Использование знаний из физики, астрономии, МХК, биологии на уроке геометрии при обобщении систематизации сведений по теме “Симметрия в пространстве. Правильные многогранники. Элементы симметрии правильных многогранников”.
Тип урока: урок применения знаний, умений и навыков учащихся.
Цели урока:
Образовательные: обобщение и систематизация сведений о правильных многогранниках и их элементов симметрии, применении симметрии в пространстве.
Развивающие:
- Развитие умения логически излагать свои мысли, используя литературный язык;
- Развитие умения аргументировать;
- Развитие умения слушания и распределения внимания во время слушания;
- Развитие умения задавать уточняющие вопросы;
- Развитие умения полученные знания в нестандартных ситуациях;
- Развивать умения выделять главное, сравнивать, обобщать;
- Развитие абстрактного и наглядно-образного мышления.
Воспитательные: Воспитание любви к предмету, воспитание сознательной дисциплины, формирование навыков контроля и самоконтроля, активизация познавательной деятельности в коллективе и формирование навыков сотрудничества, межпредметная связь. Привитие чувств к прекрасному, эстетическое воспитание.
Принципы обучения.
Дидактические :
- Систематичности и последовательности обучения.
- Доступности (опора на знания учащихся).
- Индивидуализации обучения (учёт психологических типов восприятия материала учащимися, дифференциация дидактического материала к заданиям).
- Научности.
- Связь теории с практикой.
Оборудование урока (средства обучения).
- Магнитная доска.
- Модели многогранников, модели правильных многогранников. Таблица.
- Карточки с заданиями.
- На рабочем столе учащихся: учебники, тетради, ручки и карандаши, линейки. Опорные конспекты.
Структура урока:
- Организационный этап.
- Этап проверки домашнего задания.
- Этап всесторонней проверки знаний.
- Этап обобщения и систематизации знаний.
- Подведение итогов урока.
- Этап информации учащихся о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.
Методы контроля учебной деятельности на данном уроке:
- Устный и письменный.
- Фронтальный, групповой, индивидуальный.
- Итоговый контроль.
Ход урока
1. Организационный этап.
Взаимное приветствие учителя и учащихся.
Сообщение темы урока, плана работы на уроке обобщения и систематизации сведений по теме.
Постановка цели.
2. Этап проверки домашнего задания. Заготовки моделей многогранников.
3. Этап всесторонней проверки знаний.
Математический диктант с взаимопроверкой (письменно и карточки сдают учителю). Приложение 1.
Фронтальный опрос:
- Симметрия в планиметрии.
- Виды симметрии.
- Свойство симметрии.
- Фигуры, симметричные сами себе.
4. План урока.
- Знакомство с понятием “симметрия” и её видами, элементами симметрии правильных многогранников;
- Изучение проявлений симметрии в окружающем нас мире;
- Перспективы применения симметрии в различных
сферах деятельности человека.
- Симметрия в пространстве. Рассказ учителя с обсуждением.
- Симметрия в природе. Выступление ученика. Ответы на вопросы учащихся.
- Симметрия в искусстве: архитектуре, скульптуре, живописи. Выступление ученика. Ответы на вопросы учащихся.
- Правильные многогранники. Рассказ ученика по готовым моделям.
Вопросы предлагаются учащимся заранее.
Вопросы и задания.
- Понятие многогранника.
- Понятие пирамиды. Изготовить модели.
- Понятие призмы. Изготовить модели.
Индивидуальные:
- Из справочной литературы сделать подборку материалов о правильных многогранниках.
- Подготовить сообщения: “Симметрия в пространстве”, “Симметрия в природе”, “симметрия в искусстве”.
- Изготовить модели правильных многогранников.
Групповые:
- Приведите примеры применения симметрии в пространстве, природе, искусстве.
- Подготовить информацию о древнегреческом учёном Платоне.
Симметрия в пространстве.
“Симметрия....есть идея, с помощью которой человек веками пытался объяснить и создать порядок, красоту и совершенство”. Эти слова принадлежат известному математику Герману Вейлю.
В планиметрии мы рассматривали фигуры, относительно точки и прямой. В стереометрии рассматривают симметрию относительно точки, прямой и плоскости.
Точки А иА 1 называются симметричными относительно точки О (центр симметрии), если О - середина отрезка АА 1 . точка О считается симметричной самой себе. Чертёж.
Точки А и А 1 называются симметричными относительно Прямой а (ось симметрии), если прямая проходит через середину отрезка АА 1 и перпендикулярна этому отрезку. Каждая точка прямой а считается симметричной самой себе. Чертёж. Лист, снежинка, бабочка – примеры осевой симметрии. Приложение 2.
Ежедневно каждый из нас по несколько раз в день видит отражение в зеркале. Это настолько обычно, что мы не удивляемся, не задаём вопросов, не делаем открытий. Немецкий философ Иммануил Кант говорил о зеркальном отражении так: “Что может более похоже на мою руку или моё ухо, чем их собственное отражение в зеркале? И всё же руку, которую я вижу в зеркале, нельзя поставить на место постоянной руки...”.
Это и есть симметрия относительно плоскости.
Точки А и А 1 называются симметричными относительно плоскости (плоскость симметрии), если плоскость проходит через середину отрезка АА 1 и перпендикулярна этому отрезку. Каждая точка плоскости считается симметричной самой себе. Чертёж.
Введём понятия центра, оси и плоскости симметрии фигуры.
Точка (прямая, плоскость) называется центром (осью, плоскостью) симметрии фигуры, если каждая точка фигуры симметрична относительно неё некоторой точке той же фигуры. Если фигура имеет центр (ось, плоскость) симметрии, то говорят, что она обладает центральной (осевой, зеркальной) симметрией.
Симметрия в природе.
“Раз, стоя перед чёрной доской и рисуя на ней мелом разные фигуры, я вдруг был поражён мыслью: почему симметрия приятна для глаз? Что такое симметрия? Это врождённое чувство, отвечал я сам себе. На чём же оно основано? Разве во всём жизни симметрия?” - задавал вопросы Николенька Иртеньев из “Отрочества” Л.Толстого.
Почему же в природе царит симметрия? Почему симметрично всё живое от микроорганизмов до человека?
Господство симметрии в природе объясняется силой тяготения, действующей во всей Вселенной. Действием тяготения или его отсутствие объясняется тем, что и космические тела, плавающие во Вселенной, и микроорганизмы, взвешенные в воде, обладают высшей формой симметрии – сферической (при любом повороте относительно центра фигуры совпадает сама с собой). Все организмы, растущие в прикреплённом состоянии (деревья) или живущие на дне океана (морские звёзды), т.е. организмы, для которых направление силы тяжести является решающим, имеют ось симметрии. Для животных способных передвигаться в воде, воздухе или по земле, кроме направления силы тяжести, важным оказывается и направление движения животного. Такие животные имеют плоскость симметрии. Биологи эту плоскость называют билатеральной, а тип симметрии – зеркальным.
Примеры симметрии в живой природе - насекомые, а именно, красивейшие создания земли – бабочки, которая являет собой пример зеркальной симметрии. Приложение 2.
Почти все кристаллы в природе – симметричны. Приложение 3.
Симметрия в искусстве (архитектуре, скульптуре, живописи, литературе, музыке, танцах).
Наблюдая окружающий его мир, человек, исторически пытался более или менее реалистично отобразить его в различных видах искусства, поэтому очень интересно рассмотреть симметрию в живописи, скульптуре, архитектуре, литературе, музыке и танцах.
Симметрию в живописи мы можем увидеть уже в наскальных рисунках первобытных людей. В древние века значительной частью искусства рисования – были иконы, при создании которых художники использовали свойства зеркальной симметрии. Глядя на них сегодня, поражаешься удивительной симметричностью в обликах святых, хотя иногда происходит интересная вещь – в асимметричных изображениях мы ощущаем симметрию, как норму, от которой художник уклоняется под влиянием внешних факторов.
Элементы симметрии можно увидеть в общих планах зданий. Приложение 4. Скульптура и живопись тоже дают множество ярких примеров использования симметрии для решения эстетических задач. Примерами являются гробница Джулиано Медичи работы великого Микеланжело, мозаика апсиды собора Св. Софии в Киеве, где изображены две фигуры Христа, один причащает хлебом, другой – вином.
Зеркально – симметричное раздвоение фигуры Христа позволило одновременно изображать два важнейших момента евхаристии: причащение вином, обозначавшим кровь Христа. Зеркальное раздвоение Христа было одним из излюбленных приёмов иконографии тайной вечери. Приложение 5 .
Симметрия, вытесняемая из живописи и архитектуры, постепенно занимала новые сферы жизни людей – музыку и танцы. Так в музыке 15-го века было открыто новое направление – имитационная полифония, являющаяся музыкальным аналогом орнамента, позже появились – фуги, звуковые версии сложного узора. В современном песенном жанре, как я считаю, припев – это пример простейшей переносной симметрии вдоль оси (текста песни). В танцах, использующих постоянно повторяющиеся фигуры и па, мы так же находим симметрию, смотрите на рисунок. Приложение 6.
Литература тоже не обошла своим вниманием симметрию. Так примером симметрии в литературе могут служить палиндромы, это такие части текста, обратная и прямая последовательность букв которых совпадают. Например, “А роза упала на лапу Азора” (А.Фет), “Уж редко рукою окурок держу”. Как частный случай палиндромов, мы знаем много слов в русском языке, являющихся перевёртышами: кок, топот, казак и многие другие. На использовании таких слов часто строятся загадки – ребусы.
Правильные многогранники.
В геометрии фигура может иметь один или несколько центров симметрии (осей). Выпуклый многогранник называется правильным, если все его грани-равные правильные многогранники и в каждой его вершине сходится одно и то же число ребер. Примером правильного многогранника является куб.
Докажем, что не существует правильного многогранника, гранями которого являются правильные шестиугольники, семиугольники и вообще при 6.
При 6 угол каждого многоугольника больше или равен 120. С другой стороны, при каждой вершине многогранника должно быть не менее трёх плоских углов. Но 120
По этой же причине каждая вершина правильного многогранника может быть вершиной 3, 4, 5 правильных треугольников, 3 квадратов или 3 правильных пятиугольников. Значит, есть только 5 правильных многогранников. Приложение 7.
- Тетраэдр – четырёхгранник.
- Гексаэдр – шестигранник (куб).
- Октаэдр – восьмигранник.
- Икосаэдр – двадцатигранник.
- Додекаэдр - двенадцатигранник.
Правильные многогранники с древних времён привлекли к себе внимание учёных, архитекторов, художников.
Подробно описал свойства правильных многогранников древнегреческий учёный Платон. Поэтому их называют телами Платона. Правильным многогранникам посвящена 13 книга “Начал” Евклида. Платон считал, что атомы огня имеют форму тетраэдра, земли- гексаэдра, воздуха- октаэдра, воды- икосаэдра, вся вселенная – форму додекаэдра.
Герои картины испанского живописца С.Дали в “Тайной вечере” сидят на фоне огромного додекаэдра. Приложение 5. Художник А. Дюдер в гравюре “Меланхолия” дал перспективное изображение додекаэдра. Приложение 8.
В эпоху возрождения меланхолический темперамент отождествляли с творческим началом. На гравюре Дюрера Меланхолия окружена атрибутами зодчества и геометрии, отчего математики любят считать этот шедевр графического искусства олицетворением творческого духа математика, а саму Меланхолию – представительницей математики в мире прекрасного.
Этап закрепления и обобщения.
Предлагаются модели многогранников:
1) дать характеристику;
2) выбрать из данных моделей многогранников – тела Платона.
6. Этап проверки знаний по изученной теме.
Выполнить практическую работу. Групповая работа. Приложение 9.
7. Вывод урока делают сами ученики.
Итак, что мы сегодня узнали? Что Вам запомнилось из нашей сегодняшней темы?
- Симметрия в пространстве.
- Симметрия в природе.
- Симметрия в искусстве: архитектуре, скульптуре, живописи.
- Правильные многогранники.
Итоги урока.
Выставление оценок за урок учащиеся сдают листочки с практической работой.
9. Информация о домашнем задании.
1) Сделать поделки или нарисовать: геометрические фигуры, предметы, живые существа, которые имеют ось (центр) симметрии.
2)Индивидуальное творческое задание учащимся, которые получили хорошие и отличные оценки за урок. Написать реферат на тему: “Симметрия в быту, технике и физике”.
3) Презентация “Симметрия вокруг нас”
10. Список литературы.
- Детская энциклопедия, 3-е издание, “Педагогика”, М., 1973.
- Л. Тарасов, Этот удивительно симметричный мир, “Просвещение”, М., 1980.
- И.Ф. Шарыгин, Л. Н. Ерганжиева. Наглядная геометрия, “МИРОС”, 1995.
Интернет-ресурсы.
Основной интерес к правильным многогранникам вызывает большое число симметрий, которыми они обладают. Под симметрией (или преобразованием симметрии) многогранника мы понимаем такое его движение как твердого тела в пространстве (например, поворот вокруг некоторой прямой, отражение относительно некоторой плоскости и т.д.), которое оставляет неизменными множества вершин, ребер и граней многогранника. Иначе говоря, под действием преобразования симметрии вершина, ребро или грань либо сохраняет свое исходное положение, либо переводится в исходное положение другой вершины, другого ребра или другой грани. Существует одна симметрия, которая свойственна всем многогранникам. Речь идет о тождественном преобразовании, оставляющем любую точку в исходном положении. С менее тривиальным примером симметрии мы встречаемся в случае прямой правильной р-угольной призмы.
Примеры размерности симметрии плоских фигур дают правильные многоугольники. Примеры симметрии пространственных фигур дают правильные призмы и пирамиды: они совмещаются сами с собой, например, поворотами вокруг оси, перпендикулярной плоскости основания и проходящей через его центр.
Мы будем понимать симметрию в общем смысле, как она определена в начале и как ее понимают, в частности, когда говорят о симметрии кристаллов. При этом наложения фигуры на себя называются преобразованиями симметрии.
Теорема. Рассмотрим данный правильный многогранник Р. Пусть А -- его вершина, а -- ребро с концом А, а -- грань со стороной а. Для любых других аналогичных его элементов А", а", а" существует наложение многогранника Р на себя, переводящее А" в А, а" в а, а" в а.
Доказательство
Переносом многогранника переведем вершину А" в А. Поворотом многогранника вокруг А переведем перенесенное ребро а" в а. Поворотом многогранника вокруг ребра а приведем (перенесенную и повернутую) грань а" в совпадение с гранью а. Так как грани равны, то грань а" полностью совместится с а.
Так как двугранные углы равны, то для граней р и р", смежных с а и а", есть только две возможности: 1) р" совпадает с р; 2) р" не совпадает с р, но будет симметрична р относительно плоскости грани а. В таком случае отражением в этой плоскости переведем Р" в р.
Итак, наложением всего многогранника Р мы совместили вершину А" с А, ребро а" -- с а, грани а", р", смежные по ребру а", -- с гранями а, р, смежными по ребру а.
Убедимся, что при этом многогранник оказывается совмещенным сам с собой. Две грани многогранного угла при вершине А совпали (а" с а, р" с р). Перейдем к граням у и у", соседним с р. Двугранные углы, которые они образуют с р, равны и расположены с одной стороны -- с той же, с какой лежит грань а. Поэтому грань у" совпадает с у. Так убедимся, что многогранные углы при вершине А совпали. Переходя к другой вершине, соединенной с А ребром, аналогично убедимся, что и при этой вершине многогранные углы совпадают. И так пройдя по всему многограннику, убедимся, что он совпал сам с собой, что и требовалось доказать. ?
Свойство правильных многогранников, установленное доказанной теоремой, означает, что они обладают, так сказать, максимальной мыслимой симметрией. Наложение, совмещение многогранника самого с собою, неизбежно совмещает какую-то вершину А" с А, ребро а" -- с а, грань а"-- с а, и примыкающую грань р" -- с р. Наложение этим вполне определено, оно только одно. Поэтому максимальное число возможных наложений будет тогда, когда каждую совокупность А, а, а, р можно перевести в каждую. А это так у правильных многогранников Очевидно, верно и обратное. Если многогранник обладает такой максимальной симметрией, то он правильный (так как ребро а совмещается с а", угол на грани а" при вершине А совмещается с таким же углом, и двугранный угол между а" и р 4 " совмещается с углом между а и р.-- так что все ребра и углы равны). Число наложений, совмещающих правильный многогранник сам с собою, равно 2 те, где т -- число ребер, сходящихся в одной вершине, и е -- число вершин; те наложений первого рода и те -- наложений второго рода. Они и образуют группу симметрии правильного многогранника. Группы симметрии у куба и октаэдра совпадают ввиду их двойственности. Так же совпадают группы симметрии у додекаэдра и икосаэдра. Группа тетраэдра является подгруппой группы куба, как видно из возможности вложить тетраэдр в куб (рис. 1.5, а). Наиболее интересные элементы симметрии -- это зеркальные оси: 4-го порядка у тетраэдра, 6-го порядка -- у куба, 10-го порядка -- у додекаэдра (рис. 1.5,б). Убедитесь, что это так, определив, как расположены эти оси. Оси симметрии и плоскости симметрии куба изображены на рис. 1.5 в, г.
1 .5 Подобие многогранников
Два многогранника называются подобными, если существует преобразование подобия, переводящее один многогранник в другой.
Подобные многогранники имеют соответственно равные многогранные углы и соответственно подобные грани. Соответственные элементы подобных многогранников называются сходственными. У подобных многогранников двугранные углы равны и одинаково расположены, а сходственные ребра пропорциональны.
Кроме того, справедливы следующие теоремы:
Теорема 1. Если в пирамиде провести секущую плоскость параллельно основанию, то она отсечет от нее пирамиду, подобную данной.
Теорема 2. Площади поверхностей подобных многогранников относятся как квадраты, а их объемы - как кубы сходственных линейных элементов многогранников.
Понятие правильного многогранника (тетраэдр, октаэдр, икосаэдр, куб, додекаэдр).
Определение. Выпуклый многогранник называется правильным, если все его грани равные правильные многоугольники и в каждой его вершине сходится одно и то же число рёбер.
Свойства.
· Все рёбра правильного многогранника равны друг другу;
· Все двугранные углы, содержащие две грани с общим ребром, равны.
Существует только пять типов правильных многогранников:
· Правильный тетраэдр составлен из четырёх равносторонних треугольников. Каждая его вершина является вершиной трёх треугольников. Следовательно, сумма плоских углов при каждой вершине равна .
· Правильный октаэдр составлен из восьми равносторонних треугольников. Каждая вершина октаэдра является вершиной четырёх треугольников. Следовательно, сумма плоских углов при каждой вершине равна .
· Правильный икосаэдр составлен из двадцати равносторонних треугольников. Каждая вершина икосаэдра является вершиной пяти треугольников. Следовательно, сумма плоских углов при каждой вершине равна .
· Куб (гексаэдр) составлен из шести квадратов. Каждая вершина куба является вершиной трёх квадратов. Следовательно, сумма плоских углов при каждой вершине равна .
· Правильный додекаэдр составлен из двенадцати правильных пятиугольников.
Каждая вершина додекаэдра является вершиной трёх правильных пятиугольников. Тогда сумма плоских углов при каждой вершине равна .
2. Теорема Эйлера .
Теорема Эйлера . Для числа граней Г, числа вершин В и числа рёбер Р любого выпуклого многогранника справедливо соотношение Г+В-Р=2.
Пусто n – число рёбер каждой грани, а m – число рёбер сходящихся в каждой вершине. Так как каждое ребро принадлежит двум граням, то n Г=2Р. Каждое ребро содержит по две вершины, значит m В=2Р. Из последних двух равенств и теоремы Эйлера составим систему
.
Решая эту систему, получим 
, 
и 
.
Найдём число вершин, рёбер и граней правильных многогранников:
· Правильный тетраэдр (n =3, m =3)
Р=6, Г=4, В=4.
· Правильный октаэдр (n =3, m =4)
Р=12, Г=8, В=6.
· Правильный икосаэдр(n =3, m =5)
Р=30, Г=20, В=12.
· Куб(n =4, m =3)
Р=12, Г=6, В=8.
· Правильный додекаэдр(n =5, m =3)
· Р=30, Г=12, В=20.
Элементы симметрии правильных многогранников.
Рассмотрим элементы симметрий правильных многогранников.
Правильный тетраэдр
Правильный тетраэдр (рис.1) не имеет центра симметрии.
Оси симметрий тетраэдра (рис.2) проходят через середины двух противоположных рёбер, таких осей симметрий три.
Рис. 2
Рассмотрим плоскости симметрий тетраэдра (рис. 3). Плоскость α, проходящая через ребро AB перпендикулярно ребру CD , будет являться плоскостью симметрии правильного тетраэдра ABCD . Таких плоскостей симметрий шесть.
Рис. 3
Симметрия куба
1. Центр симметрии - центр куба (точка пересечения диагоналей куба) (рис. 4).
2. Плоскости симметрии: три плоскости симметрии, проходящие через середины параллельных ребер; шесть плоскостей симметрии, проходящие через противолежащие ребра (рис. 5).
Рис. 5
3. Оси симметрии: три оси симметрии, проходящие через центры противолежащих граней; четыре оси симметрии, проходящие через противолежащие вершины; шесть осей симметрии, проходящие через середины противолежащих ребер (рис. 6).
В п. 12.1 мы определили правильный многогранник как многогранник, у которого равны друг другу все элементы одного вида: грани, ребра и т.д. Но правильные многогранники можно определить как самые симметричные изо всех многогранников. Это означает следующее. Если мы возьмем на правильном многограннике некоторую вершину А, подходящее к ней ребро а и грань а, подходящую к этому ребру, и еще любой такой же набор то существует такое самосовмещение многогранника,
которое вершину А переводит в вершину А, ребро а - в ребро а, грань а - в грань а.
Докажем это. Так как любые две грани правильного многогранника равны, то существует движение, которое одну из них переведет в другую. Поскольку все двугранные углы этого многогранника равны, то в результате совмещения граней весь многогранник самосовместится или перейдет в многогранник, симметричный исходному относительно плоскости второй грани. Во втором случае симметрия относительно плоскости этой грани завершит процесс самосовмещения правильного многогранника.
Верно и обратное: многогранники, обладающие этим свойством, будут правильными, так как у них окажутся равны все ребра, все плоские углы и все двугранные углы.
Рассмотрим теперь элементы симметрии правильных многогранников.
Начнем с элементов симметрии куба.
1. Центр симметрии - центр куба.
2. Плоскости симметрии (рис. 12.17): 1) три плоскости симметрии, перпендикулярные ребрам в их серединах; 2) шесть плоскостей симметрии, проходящих через противоположные ребра.
3. Оси симметрии: 1) три оси симметрии 4-го порядка, проходящие через центры противоположных граней (рис. 12.18а); 2) шесть осей поворотной симметрии 2-го порядка, проходящие через середины противоположных ребер (рис. 12.186); 4) четыре диагонали куба являются осями зеркального поворота шестого порядка, самосовмещающего куб (рис. 12.18в).
Это самый интересный и не сразу видный элемент симметрии куба. Сечение куба плоскостью, проходящей через его центр перпендикулярно диагонали, представляет правильный шестиугольник; при повороте куба вокруг диагонали на угол 60° шестиугольник отображается на себя, а куб в целом еще нужно отразить в плоскости шестиугольника.
Октаэдр двойственен кубу, и потому у него те же элементы симметрии с той разницей, что плоскости симметрии и оси, проходящие у куба через вершины и центры граней, у октаэдра проходят наоборот: через центры граней и вершины (рис. 12.19). Так, зеркальная ось 6-го
порядка проходит у октаэдра через центры противоположных граней.
Обратимся к элементам симметрии правильного тетраэдра.
1. Шесть плоскостей симметрии, каждая из которых проходит через ребро и середину противоположного ребра (рис. 12.20а).
2. Четыре оси 3-го порядка, проходящие через вершины и центры противоположных им граней, т.е. через высоты тетраэдра (рис. 12.20б).
3. Три оси зеркального поворота 4-го порядка, проходящие через середины противоположных ребер (рис. 12.20в).
Центра симметрии у тетраэдра нет.
В куб можно вписать два правильных тетраэдра (рис. 12.16). При самосовмещениях куба эти тетраэдры либо самосовмещаются, либо отображаются друг на друга. Выясните, при каких самосовмещениях куба происходит самосовмещение тетраэдров, а при каких они отображаются друг на друга.
Убедитесь, что в первом случае получатся все самосовмещения тетраэдра, так что группа симметрии куба включает в себя группу симметрии куба как подгруппу. (См. п. 28.4).
Группы симметрии у додекаэдра и икосаэдра одинаковы, поскольку эти правильные многогранники двойственны
друг другу. У них есть центр симметрии, плоскости симметрии, оси поворотной симметрии и оси зеркальной поворотной симметрии. Труднее всего найти последние из этих элементов симметрии. Укажем, как их построить.
Оси зеркальной поворотной симметрии в икосаэдре (так же, как и в кубе) соединяют противоположные вершины этого многогранника (рис. 12.21), а в додекаэдре (как и в октаэдре) эти оси идут через центры их параллельных граней (рис. 12.22). Плоскости, проходящие через центры симметрии правильных многогранников и перпендикулярные указанным осям, пересекают правильные многогранники по правильным многоугольникам (рис. 12.23).
В частности, додекаэдр и икосаэдр они пересекают по правильным десятиугольникам (рис. 12.23 г,д). Из сказанного следует, что икосаэдр и додекаэдр самосовмещаются зеркальными поворотами относительно осей шестого и десятого порядков.
Найдите самостоятельно более простые элементы симметрии икосаэдра и додекаэдра - плоскости симметрии и оси поворотной симметрии.
