Конус | это... Что такое Конус? (original) (raw)

Прямой круговой конус.

Прямой и косой круговой конусы с равным основанием и высотой. Эти тела обладают одинаковым объёмом.

Усечённый прямой круговой конус.

	конус в Викисловаре?
	Category:Cones на Викискладе?

У этого термина существуют и другие значения, см. Конус (значения).

Ко́нус (от др.-греч. κώνος «шишка») — тело в евклидовом пространстве, полученное объединением всех лучей, исходящих из одной точки (вершины конуса) и проходящих через плоскую поверхность. Иногда конусом называют часть такого тела, имеющую ограниченный объём и полученную объединением всех отрезков, соединяющих вершину и точки плоской поверхности (последнюю в таком случае называют основанием конуса, а конус называют опирающимся на данное основание). Если основание конуса представляет собой многоугольник, такой конус является пирамидой.

Связанные определения

Отрезок, соединяющий вершину и границу основания, называется образующей конуса.
Объединение образующих конуса называется образующей (или боковой) поверхностью конуса. Образующая поверхность конуса является конической поверхностью.
Отрезок, опущенный перпендикулярно из вершины на плоскость основания (а также длина такого отрезка), называется высотой конуса.
Угол раствора конуса — угол между двумя противоположными образующими (угол при вершине конуса, внутри конуса).
Если основание конуса имеет центр симметрии (например, является кругом или эллипсом) и ортогональная проекция вершины конуса на плоскость основания совпадает с этим центром, то конус называется прямым. При этом прямая, соединяющая вершину и центр основания, называется осью конуса.
Косой (наклонный) конус — конус, у которого ортогональная проекция вершины на основание не совпадает с его центром симметрии.
Круговой конус — конус, основание которого является кругом.
Прямой круговой конус (часто его называют просто конусом) можно получить вращением прямоугольного треугольника вокруг прямой, содержащей катет (эта прямая представляет собой ось конуса).
Конус, опирающийся на эллипс, параболу или гиперболу, называют соответственно эллиптическим, параболическим и гиперболическим конусом (последние два имеют бесконечный объём).
Часть конуса, лежащая между основанием и плоскостью, параллельной основанию и находящейся между вершиной и основанием, называется усечённым конусом, или коническим слоем.

Свойства

Если площадь основания конечна, то объём конуса также конечен и равен трети произведения высоты на площадь основания.

$V={1 \over 3} SH,$

где S — площадь основания, H — высота. Таким образом, все конусы, опирающиеся на данное основание (конечной площади) и имеющие вершину, находящуюся на данной плоскости, параллельной основанию, имеют равный объём, поскольку их высоты равны.

Центр тяжести любого конуса с конечным объёмом лежит на четверти высоты от основания.
Телесный угол при вершине прямого кругового конуса равен

$2\pi \left(1 - \cos {\alpha \over 2} \right),$

где $\alpha$ — угол раствора конуса.

Площадь боковой поверхности такого конуса равна

$S = \pi R l,$

Площадь поверхности такого конуса равна

$S = \pi R (l + R),$

где — радиус основания, — длина образующей.

Объём кругового конуса равен

$V={1 \over 3} \pi R^2H.$

Для усечённого конуса (не обязательно прямого и кругового) объём равен:

$V={1 \over 3} (HS_2-hS_1),$

где S1 и S2 — площади соответственно верхнего (ближнего к вершине) и нижнего оснований, h и H — расстояния от плоскости соответственно верхнего и нижнего основания до вершины.

Пересечение плоскости с прямым круговым конусом является одним из конических сечений (в невырожденных случаях — эллипсом, параболой или гиперболой, в зависимости от положения секущей плоскости).

Уравнение конуса

Уравнения, задающие боковую поверхность прямого кругового конуса с углом раствора 2Θ, вершиной в начале координат и осью, совпадающей с осью Oz:

В сферической системе координат с координатами (r, φ, θ):

$\theta = \Theta.$

В цилиндрической системе координат с координатами (r, φ, z):

$z = r\cdot\operatorname{tg}\Theta$ или $r = z\cdot\operatorname{ctg}\Theta.$

В декартовой системе координат с координатами (x, y, z):

$z = \plusmn \sqrt{x^2+y^2}\cdot \operatorname{tg}\Theta.$ Это уравнение в каноническом виде записывается как

$\frac {x^2} {a^2} + \frac {y^2} {a^2} - \frac {z^2} {c^2} = 0,$

где константы a, с определяются пропорцией $c/a = \sin \Theta/\cos\Theta.$ Отсюда видно, что боковая поверхность прямого кругового конуса представляет собой поверхность второго порядка (она носит название коническая поверхность). В общем виде коническая поверхность второго порядка опирается на эллипс; в подходящей декартовой координатной системе (оси Ох и Оу параллельны осям эллипса, вершина конуса совпадает с началом координат, центр эллипса лежит на оси Oz) её уравнение имеет вид

$\frac {x^2} {a^2} + \frac {y^2} {b^2} - \frac {z^2} {c^2} = 0,$

причём a/c и b/c равны полуосям эллипса. В наиболее общем случае, когда конус опирается на произвольную плоскую поверхность, можно показать, что уравнение боковой поверхности конуса (с вершиной в начале координат) задаётся уравнением f(x,y,z)=0, где функция является однородной, то есть удовлетворяющей условию $f(\alpha x,\alpha y,\alpha z)=\alpha^n f(x,y,z)$ для любого действительного числа α.

Развёртка

Развёртка прямого кругового конуса

Прямой круговой конус как тело вращения образован прямоугольным треугольником, вращающимся вокруг одного из катетов, где h — высота конуса от центра основания до вершины — является катетом прямоугольного треугольника, вокруг которого происходит вращение. Второй катет прямоугольного треугольника r — радиус в основании конуса. Гипотенузой прямоугольного треугольника является l — образующая конуса.

В создании развёртки конуса могут использоваться всего две величины r и l. Радиус основания r определяет в развертке круг основания конуса, а сектор боковой поверхности конуса определяет образующая боковой поверхности l, являющаяся радиусом сектора боковой поверхности. Угол сектора $\varphi$ в развёртке боковой поверхности конуса определяется по формуле:

φ = 360°·(r/l).

С имеющимися и полученными значениями можно нарисовать развёртку конуса на бумаге или другом материале, чтобы из развёртки получить конус как наглядное пособие или промышленное изделие.

Вариации и обобщения

См. также

Коническая поверхность
Коническое сечение
Конус (топология)
Световой конус
Конус отображения
Биконус

Литература

Статья «Конус» в Математической энциклопедии.
Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1973.