geometria-solida/index.md

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2014-05-25 21:25:36 +02:00
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title: Geometria Solida
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2014-05-27 09:36:06 +02:00
# Lo spazio e la geometria solida
2014-05-25 21:25:36 +02:00
2014-05-25 18:32:49 +02:00
# Postulati dello spazio
## Postulato n. 1
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![Piano per 3 punti](images/1.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
Per tre punti non allineati passa uno e un solo piano.
## Postulato n. 2
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![Retta per un piano](images/2.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
Fissati due punti in un piano, la retta passante per i due punti giace interamente sul piano.
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## Postulato di partizione dello spazio
Un qualunque piano divide linsieme dei punti dello spazio che non gli appartengono in due regioni dette semispazi con le seguenti proprietà:
2014-05-26 01:22:14 +02:00
2014-05-25 18:32:49 +02:00
* due punti qualsiasi della stessa regione sono gli estremi di un segmento che non interseca il piano;
* due punti qualsiasi di regioni diverse sono gli estremi di un segmento che interseca il piano. Il piano si dice origine dei semispazi.
# Rette nello spazio
### Posizione di due rette nello spazio
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![Rette e piani](images/3.png)
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Due rette che giacciono sullo stesso piano, si dicono complanari, altrimenti si dicono sghembe.
### Posizione di due piani nello spazio
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![Due piani](images/4.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
Due piani distinti, che si intersecano in un punto, hanno in comune una retta che passa per quel punto.
### Rette perpendicolari a un piano
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![Perpendicolari](images/5.png)
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2014-05-28 16:34:28 +02:00
* Se per un punto $P$ di una retta $\mathscr{s}$ si mandano due rette $\mathscr{a}$ e $\mathscr{b}$ perpendicolari a $\mathscr{s}$, allora $\mathscr{s}$ è perpendicolare a ogni altra retta $\mathscr{r}$ passante per $P$ e giacente sul piano delle rette $\mathscr{a}$ e $\mathscr{b}$.
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2014-05-28 16:34:28 +02:00
* Le perpendicolari a una retta $\mathscr{s}$ condotte per un suo punto $P$ giacciono tutte nello stesso piano.
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* Due rette perpendicolari a uno stesso piano sono parallele fra loro.
2014-05-28 16:34:28 +02:00
* Dati un piano $\alpha$ e un punto $P$, esiste ed è unica la retta $r$ passante per il punto e perpendicolare al piano.
2014-05-25 18:32:49 +02:00
* Se due piani sono perpendicolari a una stessa retta in punti distinti, allora sono paralleli.
* Le intersezioni tra un piano e due piani paralleli sono rette parallele.
## Teorema delle tre perpendicolari
2014-05-27 09:36:06 +02:00
![3 perpendicolari](images/6.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
2014-06-02 15:07:50 +02:00
Se dal piede di una perpendicolare a un piano si manda la perpendicolare a una qualunque retta del piano, quest'ultima risulta perpendicolare al piano delle prime due.
### Dimostrazione
Siano $\mathscr{r}$ la retta perpendicolare al piano $\alpha$ per $H$, $t$ una qualunque retta giacente su $\alpha$ non passante per $H$ e $\mathscr{s}$ la perpendicolare a $\mathscr{t}$ passante per $H$.
Siano $S$ l'intersezione tra $\mathscr{t}$ e $\mathscr{s}$, $P$ e $Q$ due punti su $t$ tali che $PS \cong PQ$ e $T$ un punto qualunque su $\mathscr{r}$.
Considero $\triangle HSQ$ e $\triangle HSP$. Essi hanno:
* $HS$ in comune
* $PS \cong PQ$ per costruzione
* $HS \perp s$
$\triangle HSQ \cong \triangle HSP$ per il 1° criterio di congruenza. In particolare hanno $HQ \cong HP$
Considero $\triangle THQ$ e $\triangle THP$. Essi hanno:
* $TH$ in comune
* $PS \cong PQ$ per dimostrazione precedente
* $T\widehat{H}Q \cong T\widehat{H}P$ perché retti
$\triangle THQ \cong \triangle THP$ per il 1° criterio di congruenza. In particolare hanno $TQ \cong TP$
Considero $\triangle TSQ$ e $\triangle TSP$. Essi hanno:
* $TS$ in comune
* $TQ \cong TP$ per dimostrazione precedente
* $QS \cong SP$ perché retti
$\triangle TSQ \cong \triangle TSP$ per il 3° criterio di congruenza. In particolare hanno $T\widehat{S}Q \cong T\widehat{S}P$.
$T\widehat{S}Q \cong T\widehat{S}P \cong \widehat{R} \Rightarrow TS \perp s \Rightarrow s \perp \beta$
2014-05-25 18:32:49 +02:00
## Teorema di Talete nello spazio
2014-05-27 09:36:06 +02:00
![Talete](images/7.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
Un fascio di piani paralleli intersecati da due trasversali intercetta su di esse segmenti corrispondenti proporzionali.
# Diedro
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![Diedro](images/8.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
Dati due semipiani aventi la stessa origine si chiama diedro ciascuna delle due parti di spazio tra essi comprese.
## Sezione di un diedro
2014-05-27 09:36:06 +02:00
![Sezione di diedro](images/9.png)
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Si chiama sezione di un diedro langolo che si ottiene come intersezione fra il diedro e un qualunque piano non parallelo allo spigolo che interseca il suo spigolo.
* Sezioni parallele di uno stesso diedro sono congruenti.
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* Due piani incidenti sono perpendicolari quando dividono lo spazio in quattro diedri retti.
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2014-05-28 16:34:28 +02:00
* Langolo di una retta $r$ con un piano $\alpha$ è langolo formato da $r$ e dalla sua proiezione $r'$ su $a$.
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# Poliedri
2014-05-27 09:36:06 +02:00
![Poliedro](images/10.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
2014-05-26 01:22:14 +02:00
Un poliedro è una figura solida, limitata da un numero finito di poligoni, appartenenti a piani diversi, tali che il piano di ogni poligono non attraversi il solido.
2014-05-27 09:36:06 +02:00
2014-05-28 16:34:28 +02:00
I poligoni che compongono un poliedro sono dette facce e diagonali i segmenti che congiungono due vertici su facce diverse.
2014-05-26 01:22:14 +02:00
Un poliedro ha almeno 4 facce.
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## Prisma
### Prisma indefinito
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![Prisma indfinito](images/11.png)
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2014-05-28 16:34:28 +02:00
Dato un poligono e una retta $r$, non appartenente al poligono, si dice prisma indefinito l'insieme di rette parallele a $r$ passanti per il poligono.
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### Prisma definito
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![Prisma](images/12.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
Si dice prisma definito la parte di un prisma indefinito compresa tra due piani paralleli.
### Prisma retto
2014-05-27 09:36:06 +02:00
![Prisma retto](images/13.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
2014-05-26 00:13:25 +02:00
Un prisma si dice retto un prisma che ha gli spigoli laterali perpendicolari ai piani delle basi.
2014-05-27 09:36:06 +02:00
#### Formule:
2014-05-26 00:13:25 +02:00
* **superficie laterale**: $$A_l = 2ph$$
* **superficie totate**: $$A\_t = 2ph + 2A_b$$
* **volume**: $$V = A_b h$$
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## Parallelepipedo
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![Parallelepipedo](images/14.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
Si dice parallelogramma un prisma le cui basi sono parallelogrammi.
### Proprietà
* Un parallelepipedo ha le facce opposto congruenti e parallele.
* Le diagonali di un parallelepipedo si scambiano scambievolmente a metà.
### Parallelepipedo rettangolo
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![Parallelepipedo](images/15.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
2014-05-26 00:13:25 +02:00
Si dice rettangolo un parallelepipedo che ha facce rettangolari.
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#### Formule:
2014-05-26 00:13:25 +02:00
* **superficie laterale**: $$A_l = 2(a + b)c$$
* **superficie totale**: $$A_t = 2(ab + ac + bc)$$
* **volume**: $$V = abc$$
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### Cubo
2014-05-27 09:36:06 +02:00
![Cubo](images/16.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
2014-05-26 00:13:25 +02:00
Si dice cubo un parallelepipedo che ha facce quadrate tra loro congruenti.
2014-05-27 09:36:06 +02:00
#### Formule:
2014-05-26 00:13:25 +02:00
* **superficie totale**: $$A\_t = 6s^2$$
* **volume**: $$V = s^3$$
2014-05-25 18:32:49 +02:00
2014-05-27 09:36:06 +02:00
2014-05-25 18:32:49 +02:00
## Angoloide
2014-05-27 09:36:06 +02:00
![Angoloide](images/17.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
2014-05-28 16:34:28 +02:00
Dato un poligono convesso e un punto $V$ si dice angoloide l'insieme delle semirette uscenti da $V$ e passanti per i punti del poligoni.
Le semirette passanti per i vertici del poligono sono dette spigoli, $V$ vertice, gli angoli di vertice $V$ e lati due spigoli consecutivi facce.
2014-05-25 18:32:49 +02:00
Un angoloide con 3 facce si dice triedro.
### Teoremi
* In un angoloide la somma degli angoli interni è minore dell'angolo giro.
* In un angoloide l'angolo di una faccia è minore della somma degli angoli delle altre facce.
* In un triedro l'angolo di una faccia è maggiore della differenza degli angoli delle altre facce.
## Piramide
2014-05-27 09:36:06 +02:00
![Piramide](images/18.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
Si chiama piramide la parte di angoloide compresa tra il suo vertice ed un piano che lo interseca completamente.
### Teoremi
In una piramide retta le altezze delle facce laterali passano per i punti di tangenza dei lati di base con la circonferenze inscritta e sono tra loro congruenti.
### Piramide retta
2014-05-27 09:36:06 +02:00
![Piramide retta](images/19.png)
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2014-05-26 00:13:25 +02:00
Una piramide si dice retta se la sua base è circoscritta in una circonferenza di centro la proiezione del vertice sul piano della base.
2014-05-27 09:36:06 +02:00
#### Formule:
2014-05-26 00:13:25 +02:00
* **superficie laterale**: $$A_l = p a$$
* **superficie totale**: $$A\_t = A_l + Ab + Ab'$$
* **volume**: $$V = \frac{1}{3}S h$$
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### Piramide regolare
2014-05-27 09:36:06 +02:00
![Piramide regolare](images/20.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
Una piramide retta si dice regolare quando la sua base è un poligono regolare.
### Tronco di piramide
2014-05-27 09:36:06 +02:00
![Tronco di piramide](images/21.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
Si chiama tronco di piramide la parte di piramide compresa tra due piani piani paralleli che la intersecano completamente.
2014-05-26 00:13:25 +02:00
2014-05-27 09:36:06 +02:00
#### Formule:
2014-05-26 00:13:25 +02:00
* **superficie laterale**: $$A_l=(p+p')a$$
* **superficie totale**: $$A_l=p a+Ab$$
* **volume**: $$V=\frac{1}{3}h(S+s+\sqrt{Ss})$$
2014-05-25 18:32:49 +02:00
2014-05-27 09:36:06 +02:00
2014-05-25 18:32:49 +02:00
## Poliedri regolari
2014-05-27 09:36:06 +02:00
![Cubo](images/16.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
Un poliedro si dice regolare quando le sue facce sono poligoni regolari congruenti e i suoi angoloidi e diedri sono congruenti.
# Solidi di rotazione
I solidi di rotazione sono figure solide ottenute dalla rotazione completa di un poligono attorno ad una retta.
## Cilindro
2014-05-27 09:36:06 +02:00
![Cilndro](images/22.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
2014-05-26 00:13:25 +02:00
Si dice cilindro il solido ottenuto dalla rotazione completa di un rettangolo attorno ad un suo lato.
2014-05-27 09:36:06 +02:00
#### Formule:
2014-05-26 00:13:25 +02:00
* **superficie laterale**: $$A_l=2\pi rh$$
* **superficie totale**: $$A_t=2\pi r(h+r)$$
* **volume**: $$V=\pi r^2 h$$
2014-05-25 18:32:49 +02:00
## Cono
2014-05-27 09:36:06 +02:00
![Cono](images/23.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
2014-05-28 16:34:28 +02:00
Si dice cono il solido ottenuto dalla rotazione completa di un triangolo rettangolo attorno ad un suo cateto.
Il cateto attorno a cui ruota il triangolo è laltezza del cono, laltro cateto è il raggio di base.
Lipotenusa è detta apotema del cono.
2014-05-25 18:32:49 +02:00
Un cono si dice equilatero se lapotema è congruente al diametro della base.
2014-05-26 00:13:25 +02:00
2014-05-27 09:36:06 +02:00
#### Formule:
2014-05-26 00:13:25 +02:00
* **superficie laterale**: $$A_l=\pi ra$$
* **superficie totale**: $$A_t=\pi r(a+r)$$
2014-05-25 18:32:49 +02:00
In un cono, le misure delle aree del cerchio di base e del cerchio ottenuto da una sezione parallela al piano di base stanno tra loro come i quadrati delle misure delle loro distanze dal vertice.
## Sfera
2014-05-27 09:36:06 +02:00
![Sfera](images/24.png)
2014-05-25 18:32:49 +02:00
Si dice sfera il solido ottenuto dalla rotazione di angolo piatto di una circonferenza attorno ad un suo diametro.
2014-05-26 00:13:25 +02:00
2014-05-27 09:36:06 +02:00
#### Formule:
2014-05-26 00:13:25 +02:00
* **superficie totale**: $$A_t=4\pi r^2$$
* **volume**: $$V=\frac{4}{3}\pi r^3$$
2014-05-28 12:08:05 +02:00
# Equivalenza
Due solidi che hanno la stessa estensione sono equivalenti. L'equivalenza gode della proprietá riflessiva, simmetrica e transitiva.
## Postulato n. 1
Due solidi congruenti sono sempre equivalenti ma non è detto il contrario.
## Volume
Si dice volume di un solido la classe di equivalenza alla quale appartiene.
## Somma di solidi
La somma di due solidi non intersecati è il solido ottenuto con l'unione di tutti i punti di tali solidi.
## Postulato n. 2
2014-05-28 16:34:28 +02:00
Solidi ottenuti come somma di solidi congruenti sono tra loro equivalenti.
2014-05-28 12:08:05 +02:00
## Postulato di De Zolt
Un solido non può essere equivalente ad una sua parte.
Un solido $\mathscr{A}$ è maggiore di un solido $\mathscr{B}$, se $\mathscr{B}$ è equivalente a una parte di $\mathscr{A}$. In tal caso si può dire che $\mathscr{A}$ è prevalente a $\mathscr{A}$: $\mathscr{A} > \mathscr{B}$
## Legge di esclusione
Dati due solidi $\mathscr{A}$ e $\mathscr{B}$ qualunque, o $\mathscr{A} \doteq \mathscr{B}$ o $\mathscr{A} > \mathscr{B}$ o $\mathscr{A} < \mathscr{B}$.
## Equiscomponibilità
2014-05-28 16:34:28 +02:00
Due solidi di dicono equiscomponibili se è possibile dividerli in parti tra loro congruenti. Solidi equiscomponibili sono equivalenti.
## Principio di Cavalieri
![Principio di Cavalieri](images/25.png)
2014-05-28 12:08:05 +02:00
Se due solidi possono essere disposti in modo che vengano tagliati secondo sezioni equivalenti su ogni piano parallelo a un altro piano arbitrariamente fissato allora sono equivalenti.
## Equivalenza dei solidi
### Prismi
* Se due prismi hanno basi equivalenti e altezze congruenti allora sono equivalenti.
* Se un prisma e un cilindro hanno basi equivalenti e altezze congruenti allora sono equivalenti.
### Piramidi
* Se due piramidi hanno basi equivalenti e altezze congruenti allora sono equivalenti.
* Una piramide è equivalente alla terza parte di un prisma che abbia la stessa base e la stessa altezza.
* Una piramide e un cono che hanno basi equivalenti e altezze congruenti sono equivalenti.
### Anticlessidra
2014-05-28 16:34:28 +02:00
![Anticlessidra](images/26.png)
2014-05-28 12:08:05 +02:00
Si dice anticlessidra il solido ottenuto dalla differenza fra un cilindro equilatero circoscritto ad una sfera di centro $O$ e due coni di vertice $O$ di basi coincidenti con la base di tale cilindro.
Una sfera è equivalente alla sua anticlessidra.