截面不是随意画出的图形
切平面碰到一条棱,就可能留下一个顶点。把交点按顺序连接,才得到真正的截面。一个立方体虽然有 12 条棱,但一个平面截面最多有 6 个顶点。
试试六边形预设,再慢慢平移切平面:为什么靠近顶角时,顶点会变少?
二维的形状,藏在三维里面
不用想象一把看不见的刀。转动、平移切平面,看左边的立方体和右边的截面一起变化。
石匠和建造者常要在动工前想清楚空间形状。蒙日在 1799 年出版《画法几何》,系统阐述了用平面图表达、研究空间对象的方法。
先做一件事:选一个截面顶点,找到它来自哪条棱。随后可自由转动、平移切面。
先看水平切,再斜切中心,最后移向顶角。每一步都标明该观察什么。
先点“水平切”认识正方形,再点“穿过中心”看六边形。不必先理解空间角度。
立方体边长 2 · 固定观察视角
正视截面 · 与左图同一组交点
当前截面有 4 个顶点。试着改变平面方向。
n 是垂直切平面的单位方向,d 是平移距离。公式描述的正是左图中的切平面。
水平切得到边长 2 的正方形。
切平面碰到一条棱,就可能留下一个顶点。把交点按顺序连接,才得到真正的截面。一个立方体虽然有 12 条棱,但一个平面截面最多有 6 个顶点。
试试六边形预设,再慢慢平移切平面:为什么靠近顶角时,顶点会变少?
不要只沿体对角线对称地切。改变方位角和仰角,再调整偏移,找到一个五边形。你能解释第五个顶点来自哪条棱吗?
这里展示理想平面与边长 2 的立方体相交;左边是三维坐标的投影,右边是切平面正视图。面外或相切成线/点时,不显示为多边形截面。
先预测,再用证据解释
切面靠近一个顶角,六边形的顶点数会一直不变吗?
找到五边形后,选出每个顶点对应的原棱;再平移切面,解释是哪条棱不再相交。
空间投影辨认切面碰到哪些棱;二维正视截面辨认真实形状,三维旋转检查空间关系。
仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。
尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。
认识立方体的顶点、棱和面;定量层使用坐标与面积。
先看现象:选顶点、看原棱,再转动切面寻找五边形。
再做定量:把平面与棱求交,去重后计算面积与周长。
单位法向量n与平面满足n·x=d;立方体边长2。
解析核验提示:水平过中心得面积4、周长8;垂直体对角线过中心得面积3√3的正六边形。
适用范围:理想平面切凸立方体;相切成点或线不当作多边形;近重合交点需容差合并。
Wolfram MathWorld Cube,立方体几何;本项目用解析中心截面作为独立基准。 ↗
本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。
同一装置,换个角度
上方二维实验负责接线、构造和测量;这里同步呈现当前几何。平面对象置于空间台面,厚度、球体大小及变形显示均为示意,不新增测量值。
三维按需打开;拖动旋转、滚轮缩放,也可用方向键。二维与测量始终可用。