Քառանիստ

testwiki-ից
16:42, 2 մարտի 2024 տարբերակ, imported>ԱշբոտՏՆՂ
(տարբ) ←Նախորդ տարբերակ | Ընթացիկ տարբերակ (տարբ) | Հաջորդ տարբերակ→ (տարբ)
Jump to navigation Jump to search

Կաղապար:Անաղբյուր

Քառանիստ

Տետրաէդր կամ քառանիստ[1] (Կաղապար:Lang-grcԿաղապար:Lang-grc2 «չորս» + Կաղապար:Lang-grc2 «նստույք, հիմք»), պարզագույն բազմանիստ, որի նիստերը հանդիսանում են չորս եռանկյուններ[2]։

Քառանիստը հանդիսանում է եռանկյուն բուրգ։ Քառանիստն ունի 4 գագաթ, 4 նիստ, 6 կող։

Քառանիստը, որի բոլոր նիստերը հավասարակողմ եռանկյուններ է, կոչվում է կանոնավոր քառանիստ։ Կանոնավոր քառանիստը հանդիսանում է 5 կանոնավոր բազմանիստերից մեկը։

Քառանիստի յուրաքանչյուր գագաթով անցնում է 3 նիստ և 3 կող, յուրաքանչյուր կողով 2 նիստ։

Էյլերի բանաձևը քառանիստի համար

Ըստ Էյլերի բանաձևի, ցանկացած բազմանիստի համար գագաթների թվին գումարենք նիստերի թիվը և հանենք կողմերի թիվը կստանանք 2։

4 + 4 - 6 = 2
2 = 2

Քառանիստի տեսակներ

Հավասարանիստ քառանիստ

Հավասարանիստ քառանիստի փռվածք

Բոլոր նիստերը իրենցից ներկայացնում են իրար հավասար եռանկյուններ։ Հավասարանիստ քառանիստի փռվածքը հանդիսանում է եռանկյուն՝ միջին գծերով բաժանված չորս հավասար եռանկյունների։ Հավասարանիստ քառանիստի նիստերի բարձրությունների հիմքերը, բարձրությունների միջնակետերը և բարձրությունների հատման կետերը ընկած են մեկ գնդային մակերևույթի վրա (12 կետերի գնդային մակերևույթ) (Եռանկյան համար Էյլերի շրջանագծի անալոգը)։

Հավասարանիստ քառանիստի հատկություններ.

  • Նրա բոլոր նիստերը հավասար են (կոնգրուէնտ են)։
  • Խաչվող կեղերը զույգ առ զույգ հավասար են։
  • Եռանիստ անկյունները հավասար են։
  • Հակադիր անկյունները հավասար են։
  • Մեկ կողի վրա հենված երկու հարթ անկյունները հավասար են։
  • Յուրաքանչյուր գագաթի հարթ անկյունների գումարը հավասար է 180°:
  • Քառանիստի փռվածքը եռանկյուն է կամ զուգահեռագիծ։
  • Արտագծած զուգահեռագիծը ուղղանկյուն է։
  • Քառանիստն ունի համաչափության երեք առանցք։
  • Խաչվող կողերի ընհանուր ուղղահայացները զույգ առ զույգ ուղղահայաց են։
  • Միջին գծերը զույգ առ զույգ ուղղահայաց են։
  • Նիստերի պարագծերը հավասար են։
  • Նիստերի մակերեսները հավասար են։
  • Քառանիստի բարձրությունները հավասար են։
  • Հանդիպակած նիստերի ծանրության կենտրոնները գագաթներին միացնող հատվածներն իրար հավասար են։
  • Նիստերին արտագծած շրջանագծերի շառավղերը հավասար են։
  • Քառանիստի ծանրության կենտրոնը համընկնում է արտագծած գնդային մակերևույթի կենտրոնի հետ։
  • Քառանիստի ծանրության կենտրոնը համընկնում է ներգծած գնդային մակերևույթի կենտրոնի հետ։
  • Ներգծած և արտագծած գնդային մակերևույթների կենտրոնները համընկնում են։
  • Ներգծած գնդային մակերևույթը նիստերին շոշափում է նիստերին արտագծած շրջանագծերի կենտրոններում։
  • Ներքին միավոր նորմալների գումարը (նիստերին ուղղահայաց միավոր վեկտորները) հավասար է զրոյի։
  • Բոլոր երկնիստ անկյունների գումարը հավասար է զրոյի։

Քառանիստի ծավալ

Քառանիստի գագաթի կոորդինատներն են 𝐫1(x1,y1,z1), 𝐫2(x2,y2,z2), 𝐫3(x3,y3,z3), 𝐫4(x4,y4,z4), որոնք հավասար են։

V=16|1x1y1z11x2y2z21x3y3z31x4y4z4|

Եռանկյան և քառանիստի բանաձևերի համեմատում

Մակերես (Ծավալ)
S=116|011110a2b21a20c21b2c20| V=1288|0111110α2,12α3,12α4,121α2,120α3,22α4,221α3,12α3,220α4,321α4,12α4,22α4,320|, որտեղ α1,2-ն 1 և 2 գագաթների միջև հեռավորությունն է։
S=12aha V=13S1H1
S=12absinγ V=23S1S2α3,4sin(ϕ1,2),

որտեղ ϕ1,2 -ն 1 և 2 նիստերի կազմած անկյունն է, S1 և S2-ը՝ 1 և 2 գագաթներով հանդիպակած նիստերի մակերեսները։

Կիսորդի երկարություն (մակերես)
lc=2abcosγ2a+b L1,2=2S1S2cos(ϕ1,22)S1+S2
Միջնագծի երկարություն
mc=2a2+2b2c22 m1=3(α1,22+α1,32+α1,42)(α2,32+α2,42+α3,42)3
Ներգծած շրջանագծի (մակերևույթի) շառավիղ
r=2Sa+b+c r=3VS1+S2+S3+S4
Արտագծած շրջանագծի (մակերևույթի) շառավիղ
R=abc4S R=ST6V, որտեղ STα1,2α3,4,α1,3α2,4,α1,4α2,3 կողմերով եռանկյան մակերեսն է
Կոսինուսների թեորեմ
cosα=b2+c2a22bc cos(ϕ1,2)=A1,216S1S2,

որտեղ ϕ1,2-ն 1 և 2 նիստերի կազմած անկյունն է, S1 և S2 -ը՝ 1 և 2 գագաթներով հանդիպակած նիստերի մակերեսները, A1,2-ն՝ (0111110α2,12α3,12α4,121α2,120α3,22α4,221α3,12α3,220α4,321α4,12α4,22α4,320) մատրիցայի α2,12 տարի հանրահաշվական լրացումը

Սինուսների թեորեմ
asinα=bsinβ=csinγ S1Ψ1=S2Ψ2=S3Ψ3=S4Ψ4,

որտեղ S1,S2,S3,S4-ը 1, 2, 3, 4 գագաթներով հակառակ դասավորված նիստերի մակերեսներն ենΨ=|1cos(A)cos(B)cos(A)1cos(C)cos(B)cos(C)1|, որտեղ A,B,C-ն գագաթների երկնիստ անկյուններն են ։

Եռանկյան անկյունների գումարի մասին թեորեմ(Տետրաէդրի երկնիստ անկյունների հարաբերություն)
α+β+γ=180 |1cos(ϕ2,1)cos(ϕ3,1)cos(ϕ4,1)cos(ϕ2,1)1cos(ϕ3,2)cos(ϕ4,2)cos(ϕ3,1)cos(ϕ3,2)1cos(ϕ4,3)cos(ϕ4,1)cos(ϕ4,2)cos(ϕ4,3)1|=0,

որտեղ ϕ1,2 -ը 1 և 2 նիստերի կազմած անկյունն է։

Ներգծած և արտագծած շրջանագծերի (մակերևույթների) կենտրոնների հեռավորություն
R2d2=2Rr R2d2=S1S2α1,22+S1S3α1,32+S1S4α1,42+S2S3α2,32+S2S4α2,42+S3S4α3,42(S1+S2+S3+S4)2,

որտեղ S1,S2,S3,S4 -ը 1, 2, 3, 4 գագաթներով հանդիպակած

նիստերի մակերեսներն են։

Արտահայտության երկրորդ գրառում. R2d2=2rT, որտեղ T -ն ներգծած մակերևույթի և երեք գագաթներով և կենտրոնով անցնող մակերևույթի կենտրոնների հեռավորությունն է։

Քառանիստը ոչ էվկլիդյան տարածություններում

Ոչ էվկլիդյան քառանիստի ծավալ

Գոյություն ունեն ոչ էվկլիդյան քառանիստի ծավալի հաշվան բազում բանաձևեր ։ Օրինակ, հիպերբոլային քառանիստի համար Դերեվնին—Մեդնիխի բանաձևը[3] և գնդային քառանիստի համար Ջ. Մուրակամիի բանաձևը[4]։ Գնդաձև տարածությունում և Լոբաչևսկու տարածությունում քառանիստի ծավալը, որպես կանոն, չեն արտահայտվում տարրական ֆունկցիաներով։

Քառանիստի երկնիստ անկյունների հարաբերություն

detΨ>0 — գնդային քառանիստի համար։

detΨ<0 — հիպերբոլային քառանիստի համար։

Որտեղ Ψ=(1cos(A2,1)cos(A3,1)cos(A4,1)cos(A2,1)1cos(A3,2)cos(A4,2)cos(A3,1)cos(A3,2)1cos(A4,3)cos(A4,1)cos(A4,2)cos(A4,3)1) -ն գնդային և հիպերբոլային քառանիստի երկնիստ անկյունների համար Գրամի մատրիցն է։

Ai,j-ն  i և j գագաթներով հակառակ դասավորված նիստերի կազմած անկյունն է։

Կոսինուսների թեորեմ

cos(Ai,j)=Φi,jΦi,iΦj,j — գնդային և հիպերբոլային քառանիստի համար։

cos(αi,j)=Ψi,jΨi,iΨj,j — գնդային քառանիստի համար։

ch(αi,j)=Ψi,jΨi,iΨj,j — հիպերբոլային քառանիստի համար։

Որտեղ Φ=(1cos(α2,1)cos(α3,1)cos(α4,1)cos(α2,1)1cos(α3,2)cos(α4,2)cos(α3,1)cos(α3,2)1cos(α4,3)cos(α4,1)cos(α4,2)cos(α4,3)1) -ն գնդային քառանիստի տրված կողերի համար Գրամի մատրիցն է։

Φ=(1ch(α2,1)ch(α3,1)ch(α4,1)ch(α2,1)1ch(α3,2)ch(α4,2)ch(α3,1)ch(α3,2)1ch(α4,3)ch(α4,1)ch(α4,2)ch(α4,3)1)-ն հիպերբոլային քառանիստի տրված կողերի համար Գրամի մատրիցն է։

αi,j -ն i և j գագաթների միջև տրված հեռավորությունն է։

Ψi,jΨ մատրիցային հանրահաշվական լրացումն է։

Սինուսների թեորեմ

Φ1,1Ψ1,1=Φ2,2Ψ2,2=Φ3,3Ψ3,3=Φ4,4Ψ4,4 — գնդային և հիպերբոլային քառանիստի համար։

Արտագծած գնդային մակերևույթի շառավիղ

|1cos(α2,1)cos(α3,1)cos(α4,1)1cos(α2,1)1cos(α3,2)cos(α4,2)1cos(α3,1)cos(α3,2)1cos(α4,3)1cos(α4,1)cos(α4,2)cos(α4,3)1111111cos2(R)|=0 — գնդային քառանիստի համար։

Արտահայտության մեկ այլ գրառում. 1cos(R)=|Φ1,1n1+Φ2,2n2+Φ3,3n3+Φ4,4n4|detΦ, որտեղ n1,n2,n3,n4 քառանիստի նիստերի նորմալներն են։

Կամ քառանիստի գագաթի կոորդինատներով. 1cos(R)=||0i1i2i3i41X1Y1Z1T11X2Y2Z2T21X3Y3Z3T31X4Y4Z4T4||detΦ:

|1ch(α2,1)ch(α3,1)ch(α4,1)1ch(α2,1)1ch(α3,2)ch(α4,2)1ch(α3,1)ch(α3,2)1ch(α4,3)1ch(α4,1)ch(α4,2)ch(α4,3)1111111ch2(R)|=0 — հիպերբոլոյաին քառանիստի համար։

Ներգծած գնդային մակերևույթի շառավիղ

1sin2(r)=Φ1,1+Φ2,2+Φ3,3+Φ4,4+2Φ1,1Φ2,2cos(α1,2)+2Φ1,1Φ3,3cos(α1,3)+2Φ1,1Φ4,4cos(α1,4)+2Φ2,2Φ3,3cos(α2,3)+2Φ2,2Φ4,4cos(α2,4)+2Φ3,3Φ4,4cos(α3,4)detΦ — գնդային քառանիստի համար։

Արտահայտության մեկ այլ գրառում. 1sin(r)=|Φ1,1r1+Φ2,2r2+Φ3,3r3+Φ4,4r4|detΦ, որտեղ r1,r2,r3,r4 քառանիստի գագաթի միավոր շառավիղ վեկտորներն են։

1sh2(r)=Φ1,1+Φ2,2+Φ3,3+Φ4,4+2Φ1,1Φ2,2ch(α1,2)+2Φ1,1Φ3,3ch(α1,3)+2Φ1,1Φ4,4ch(α1,4)+2Φ2,2Φ3,3ch(α2,3)+2Φ2,2Φ4,4ch(α2,4)+2Φ3,3Φ4,4ch(α3,4)detΦ — հիպերբոլային քառանիստի համար։

Ներգծած և արտագծած գնդային մակերևույթի կենտրոնների միջև հեռավորություն

cos(d)sin(r)cos(R)=Φ1,1+Φ2,2+Φ3,3+Φ4,4detΦ — գնդային քառանիստի համար։

Քառանիստի բանաձևերը բարիցենտրիկ կոորդինատներով

  • Ներգծյալ գնդային մակերևույթի կենտրոնի կոորդինատներ.

𝐉r(Φ1,1,Φ2,2,Φ3,3,Φ4,4). — գնդային քառանիստի համար։

  • Արտագծյալ գնդային մակերևույթի կենտրոնի կոորդինատներ.

𝐉R=|0𝐉𝟏𝐉𝟐𝐉𝟑𝐉𝟒11cos(α1,2)cos(α1,3)cos(α1,4)1cos(α2,1)1cos(α2,3)cos(α2,4)1cos(α3,1)cos(α3,2)1cos(α3,4)1cos(α4,1)cos(α4,2)cos(α4,3)1|. — գնդային քառանիստի համար։

Ծանոթագրություններ

Կաղապար:Ծանցանկ

Գրականություն