КОНІЧНА ПОВЕРХНЯ
Конічна поверхня
Конічна поверхня — поверхня, утворена всіма прямими (твірними), що проходять через задану точку (вершину) і перетинають задану лінію (напрямну).
Коротко
- Складається з двох однакових половин (порожнин), що сходяться у вершині.
- Якщо напрямна — пряма, поверхня вироджується в площину; якщо вершину віддалити в нескінченність — у циліндричну поверхню.
- Найважливіший випадок — пряма колова конічна поверхня з колом як напрямною.
- Перерізи такої поверхні площинами дають коло, еліпс, параболу або гіперболу.
Візьміть точку в просторі й будь-яку криву, що не проходить через неї. Проведіть через точку й кожну точку кривої пряму — і отримаєте конічну поверхню. Така проста побудова дає один з найважливіших об’єктів геометрії: з нього виростають конічні перерізи, якими описують, зокрема, орбіти небесних тіл.
Означення і терміни
У конічної поверхні три складники:
- вершина — нерухома точка, через яку проходять усі прямі;
- напрямна — задана лінія, зазвичай плоска крива в площині, що не містить вершини;
- твірні — прямі, які з’єднують вершину з точками напрямної й продовжуються в обидва боки.
Оскільки твірні нескінченні, поверхня має дві однакові половини, що сходяться у вершині. Деякі автори називають конічною поверхнею лише одну з них.
Окремі випадки
| Напрямна або умова | Що виходить |
|---|---|
| пряма | площина (вироджений випадок) |
| коло, вершина проєктується в його центр | пряма колова конічна поверхня |
| еліпс чи інший конічний переріз | еліптичний конус |
| вершина віддаляється в нескінченність | циліндрична поверхня |
У проєктивній геометрії циліндр так і розглядають — як конус з нескінченно віддаленою вершиною.
Рівняння
В аналітичній геометрії еліптичну конічну поверхню з вершиною на початку координат записують канонічним рівнянням
x²/a² + y²/b² − z²/c² = 0.
Якщо a = b, це пряма колова конічна поверхня. Такі поверхні належать до поверхонь другого порядку.
Властивості
Конічна поверхня — лінійчата: через кожну її точку проходить пряма, що повністю лежить на ній. Вона також розгортна. Будь-яку ділянку, що не містить вершини, можна накласти на площину без розтягнень, розривів і складок.
Конічні перерізи
Якщо перетнути пряму колову конічну поверхню площиною, що не проходить через вершину, отримаємо одну з кривих:
- коло — площина перпендикулярна до осі;
- еліпс — площина похила й перетинає лише одну половину поверхні;
- парабола — площина паралельна одній з твірних;
- гіпербола — площина перетинає обидві половини.
Площина, що проходить через вершину, дає вироджені перерізи: точку, пряму або пару прямих.
Ці криві досліджували ще в Академії Платона (Менехм), а найповніший античний трактат «Конічні перерізи» написав Аполлоній Пергський близько 200 року до нашої ери. Рівняння конічних перерізів увели П’єр Ферма й Рене Декарт.
Запитання
Чим конічна поверхня відрізняється від конуса?
Конус у шкільній геометрії — тіло, обмежене частиною конічної поверхні та основою (кругом). Конічна поверхня ж нескінченна й не має «дна»: це лише множина прямих, що проходять через вершину. В аналітичній геометрії конічну поверхню часто теж називають конусом.
Чому конічну поверхню можна розгорнути на площину?
Бо вона лінійчата: через кожну її точку проходить пряма, що цілком лежить на поверхні. Будь-яку частину без вершини можна розкласти на площині без розривів і складок, як паперовий кульок.
Див. також
- Лемніската Рівняння в прямокутних координатах: (x² + y²)² = 2a²(x² − y²), де фокуси лежать у точках (±a; 0).
- Локсодрома Окремі випадки локсодроми — меридіани (кут 0°) і паралелі (кут 90°); решта — спіралі, що нескінченно закручуються навколо полюса.
- Координатна сітка Лінії паралельні осьовому меридіану зони та екватору, а не меридіанам і паралелям на місцевості.
- Алгебра Назва походить від трактату багдадського вченого аль-Хорезмі (IX століття) про розв’язування рівнянь «відновленням і протиставленням».
Джерела
- Конічна поверхня — Вікіпедія (українська)
- Conical surface — Wikipedia (англійська)
- Конічний переріз — Вікіпедія (українська)
- Привалов І. І. Аналітична геометрія. — 17-те вид. — Київ: ДВТЛ УРСР, 1953.
Статтю написано редакцією словника за наведеними джерелами; дати й факти звірено між ними. Якщо джерела розходяться, це сказано в тексті.
Поруч у словнику
- АЛГОРИТМІВ ТЕОРІЯ Теорія алгоритмів — розділ математики на межі з математичною логікою, що вивчає загальні властивості алгоритмів: що взагалі можна обчислити, які задачі не мають алгоритмічного розв’язку і скільки ресурсів потребує обчислення.
- АЛГОРИТМІЗАЦІЯ ПРОЦЕСІВ Алгоритмізація процесів — побудова точного, однозначного, зазвичай математичного опису процесу (його математичної моделі) та алгоритмів, за якими цим процесом можна контролювати й керувати за допомогою обчислювальної техніки.
- АНАЛІТИЧНА ГЕОМЕТРІЯ Аналітична геометрія — розділ геометрії, у якому геометричні об’єкти (точки, прямі, площини, криві й поверхні) вивчають засобами алгебри за допомогою методу координат, тобто через рівняння, що ці об’єкти задають.
- АРИФМЕТИЧНА ПРОГРЕСІЯ Арифметична прогресія — числова послідовність, кожен член якої, починаючи з другого, дорівнює попередньому, до якого додано одне й те саме число d — різницю прогресії.