Pe scurt: Un paralelipiped dreptunghic are șase fețe, în trei perechi congruente, și dimensiunile a, b, c. Diagonala unei fețe se află cu Pitagora, iar cele patru diagonale ale corpului sunt congruente și au lungimea d = √(a² + b² + c²). Exemplu: dimensiunile 3, 4 și 12 dau diagonala 13. Unghiul drept din formulă îl acceptăm acum și îl demonstrăm la Lecția 21.
Hai să pornim de la lucruri mari și de la lucruri mici. Un container maritim obișnuit, cel de douăzeci de picioare, măsoară pe dinafară 6,06 m lungime, 2,44 m lățime și 2,59 m înălțime.
O cărămidă plină are, la formatul standard, 240 mm, 115 mm și 63 mm. Două lucruri atât de diferite ca mărime și totuși același fel de corp: o cutie cu șase pereți dreptunghiulari.
Ai văzut la micro-noțiunea 1.2 că o cutie ca asta e o prismă patrulateră dreaptă, cu baza dreptunghi. Acum o privim de aproape, cu dimensiunile ei.
Să zicem că vrei să bagi în container un stâlp lung și drept. Pe lungime încape unul de 6 metri. Dar îl poți înclina și pune pe diagonală, dintr-un colț de jos în colțul opus de sus.
Ghicește: pe diagonală încape un stâlp mai lung decât pe lungime, mai scurt sau la fel? Răspunsul îl vezi imediat, trăgând de o cutie din scenă.
Ce faci aici: Ghicești dacă pe diagonală încape un stâlp mai lung decât pe lungime.
Uită-te la cutia din scenă: trei dimensiuni, a și b la bază, iar în sus c, înălțimea (în panou scrie h). Segmentul aprins, din colțul de jos până în colțul opus de sus, este diagonala cutiei.
Înainte să atingi ceva, ghicește: dacă mărești doar înălțimea, diagonala crește sau scade?
Acum trage de mânerul înălțimii și urmărește numărul din legendă; apoi trage de celelalte două mânere, pe rând. Schimbă câte una odată, ca să vezi ce face fiecare.
Nu-ți spun încă regula. Ține minte doar ce vezi în legendă, sub radical, pentru valorile de acum.
Cutia și diagonala ei. reprezentare grafic-interactivă 3D: un paralelipiped dreptunghic, cu dimensiunile 3 × 4 × 2; la vedere: diagonala corpului. Trage de mânerele lui a, b și c și urmărește diagonala din legendă.
Provocarea: Fixează a = 3, b = 4 și înălțimea 12, apoi citește diagonala.
Ce faci aici: Tragi de a, b și c și urmărești cum se schimbă diagonala în legendă.
Ai tras, ai citit, ai ghicit. Acum luăm cutia în ordine: fețele, dimensiunile, diagonala unei fețe și, în sfârșit, diagonala întregii cutii.
Formula ai văzut-o la teoria noțiunii; aici o verifici singur și afli de unde vine.
Cinci ecrane: cele șase fețe în trei perechi, dimensiunile a, b și c, diagonala feței cu Pitagora, diagonala corpului și, la urmă, cele patru diagonale ale cutiei cu drumul invers.
Dacă toate astea ți-s limpezi, spune „Știu deja” și treci direct la grilă. Dacă nu, începem cu primul ecran.
Ce faci aici: Alegi: începi cu primul ecran sau spui „Știu deja”.
Ia cutia de pantofi și așaz-o pe masă. Numără pereții ei: sus, jos, față, spate, stânga, dreapta. Șase în total, și toți sunt dreptunghiuri.
Atinge acum, în scenă, fața de sus, apoi pe cea de jos, și compară dimensiunile din legendă. Ghicește înainte: ies la fel sau diferite?
La fel: fața de sus și cea de jos se potrivesc exact. Același lucru se întâmplă cu fața din față și cea din spate, și cu cele două laterale.
Deci cele șase fețe se grupează în trei perechi de dreptunghiuri congruente, câte două. Îți vine să crezi că într-o cutie sunt doar trei feluri de pereți?
Mai e un amănunt: în fiecare colț se întâlnesc trei pereți, câte unul din fiecare pereche. Pune degetul pe un colț al cutiei tale și verifică.
Dacă vrei să rămână din ecranul ăsta un singur lucru, să fie ăsta:
Fețele
paralelipiped dreptunghic: 6 fețe dreptunghiuri
trei perechi de fețe opuse, congruente
în fiecare vârf se întâlnesc 3 fețe, câte una din fiecare pereche
Cele șase fețe. reprezentare grafic-interactivă 3D: un paralelipiped dreptunghic, cu dimensiunile 4 × 3 × 5. Atinge fața de sus, apoi pe cea de jos, și compară dimensiunile din legendă.
Pe scurt: Paralelipipedul dreptunghic are 6 fețe dreptunghiuri, în trei perechi de fețe opuse congruente; are 12 muchii și 8 vârfuri.
Ce faci aici: Atingi fața de sus, apoi pe cea de jos, și compari dimensiunile lor din legendă.
Cum spui cuiva cât de mare e cutia ta? Nu-i dai șase numere, ci trei: lungimea, lățimea și înălțimea.
Acestea sunt cele trei dimensiuni ale paralelipipedului dreptunghic. Le notăm a, b și c: sunt muchiile care pornesc din același vârf.
Uită-te la containerul de la început: a = 6,06 m, b = 2,44 m, c = 2,59 m. Trei numere, și știi tot despre el.
Acum trage de mânerul lui a, apoi de al lui b. Ghicește înainte: câte fețe își schimbă dimensiunile când tragi doar de a?
Patru: cele care au latura a. Celelalte două, cu dimensiunile b × c, rămân neatinse. Dimensiunile sunt independente: le poți alege cum vrei.
Pe tablă, ce merită păstrat:
Dimensiunile
dimensiunile: a, b, c (muchiile dintr-un vârf)
cele 12 muchii: câte 4 de fiecare dimensiune
fețele: dreptunghiuri a × b, a × c, b × c
Dimensiunile a, b, c. reprezentare grafic-interactivă 3D: un paralelipiped dreptunghic, cu dimensiunile 4 × 3 × 5; la vedere: înălțimea. Trage de mânerul lui a, apoi de al lui b, și vezi ce fețe se schimbă.
Pe scurt: Un paralelipiped dreptunghic se descrie prin dimensiunile a, b, c; are câte 4 muchii de fiecare dimensiune, iar fețele sunt dreptunghiuri a × b, a × c, b × c.
Ce faci aici: Tragi de mânerul lui a, apoi de al lui b, și vezi ce fețe își schimbă dimensiunile.
Pune o riglă pe fața de sus a cutiei, de la un colț la colțul opus: ai trasat o diagonală a feței. Fața e un dreptunghi, iar diagonala unui dreptunghi știi să o calculezi.
Ia fața de jos, cu laturile a = 3 și b = 4. Diagonala ei o împarte în două triunghiuri dreptunghice cu catetele 3 și 4. Ghicește ipotenuza, apoi calculeaz-o.
Cu teorema lui Pitagora: d² = 3² + 4² = 9 + 16 = 25, deci diagonala are 5. Atinge diagonala trasată în scenă și vezi că legenda scrie același număr.
La fața cu dimensiunile 3 și 12 iese √(9 + 144) = √153 = 3√17 ≈ 12,37. Radicalul rămâne scris exact, iar lângă el pui valoarea aproximativă.
Rețeta e aceeași pentru orice față: pătratele celor două laturi, adunate, apoi rădăcina pătrată. O refolosești imediat, la ecranul următor.
Rețeta, pe tablă:
Diagonala feței
diagonala feței cu laturile x și y: d = √(x² + y²)
exemplu: x = 3, y = 4 ⇒ d = 5
Diagonala unei fețe. reprezentare grafic-interactivă 3D: un paralelipiped dreptunghic, cu dimensiunile 3 × 4 × 12; la vedere: diagonala unei fețe. Atinge diagonala trasată și citește valoarea ei în legendă.
Pe scurt: Diagonala unei fețe dreptunghiulare cu laturile x și y este d = √(x² + y²), prin teorema lui Pitagora.
Ce faci aici: Atingi diagonala feței din scenă și citești valoarea ei în legendă.
Acum diagonala întregii cutii: din colțul A de jos până în colțul C′ de sus, prin interior. În scenă e segmentul aprins.
Uită-te la triunghiul ACC′: AC e diagonala bazei, CC′ e muchia verticală, iar AC′ e diagonala corpului.
Muchia verticală stă dreaptă pe baza cutiei, deci face unghi drept cu diagonala bazei AC. Acceptăm acum acest lucru, pentru că se vede cu ochii; îl demonstrăm la Lecția 21.
Dacă triunghiul ACC′ are unghi drept în C, folosim din nou Pitagora: AC′² = AC² + CC′². Iar AC² = a² + b², din ecranul trecut.
Le punem cap la cap: AC′² = a² + b² + c². Diagonala cutiei este rădăcina sumei pătratelor celor trei dimensiuni.
La cutia de 3, 4 și 12, ghicește întâi: iese un număr întreg sau un radical? Apoi calculează: d = √(9 + 16 + 144) = √169 = 13. Întreg, exact ca în explorare.
Scris pe tablă, cu tot cu precizare:
Diagonala corpului
d² = a² + b² + c²
d = √(a² + b² + c²)
acceptăm acum unghiul drept; îl demonstrăm la Lecția 21
Diagonala corpului. reprezentare grafic-interactivă 3D: un paralelipiped dreptunghic, cu dimensiunile 3 × 4 × 12; la vedere: diagonala corpului, diagonala unei fețe. Triunghiul ACC′ are în C unghi drept, pe care îl acceptăm acum; îl demonstrăm la Lecția 21.
Pe scurt: Diagonala unui paralelipiped dreptunghic cu dimensiunile a, b, c este d = √(a² + b² + c²); unghiul drept folosit în deducere îl acceptăm acum și îl demonstrăm la Lecția 21.
Ce faci aici: Ghicești dacă diagonala cutiei de 3, 4 și 12 iese număr întreg sau radical, apoi calculezi.
O cutie are patru diagonale, câte una din fiecare colț de jos în colțul opus de sus: AC′, BD′, CA′ și DB′. Ghicește: sunt la fel de lungi?
Da, sunt congruente: formula nu depinde de colțul din care pornești, doar de cele trei dimensiuni. Toate patru se întâlnesc în centrul cutiei.
Acum drumul invers. Un băț de 11 dm încape la limită, pe diagonală, într-o cutie cu baza de 2 dm × 6 dm. Cât de înaltă este cutia?
Pornește de la formulă: 11² = 2² + 6² + c². Calculează ce ai nevoie și spune-mi c.
121 = 4 + 36 + c², deci c² = 81 și c = 9. Verifică în scenă: pentru 2, 6 și 9, legenda dă diagonala 11.
Rețeta drumului invers: scazi pătratele dimensiunilor cunoscute din pătratul diagonalei, iar la sfârșit iei rădăcina pătrată.
Pașii drumului invers, pe tablă:
Drumul invers
cele 4 diagonale ale cutiei sunt congruente
a treia dimensiune: c² = d² − a² − b²
exemplu: d = 11, a = 2, b = 6 ⇒ c = 9
Drumul invers. reprezentare grafic-interactivă 3D: un paralelipiped dreptunghic, cu dimensiunile 2 × 6 × 3; la vedere: diagonala corpului. Pune dimensiunile 2, 6 și 9 și citește diagonala din legendă.
Pe scurt: Cele patru diagonale ale paralelipipedului dreptunghic sunt congruente; dacă știi diagonala și două dimensiuni, a treia se află din c² = d² − a² − b².
Ce faci aici: Calculezi înălțimea unei cutii din diagonală și din dimensiunile bazei.
Cutia de pantofi e cel mai bun model: ia-o în gând și numără.
CerințăExercițiul 2.1.1 Centura albă
Cutia de pantofi are forma unui paralelipiped dreptunghic. Completează: câte fețe are, câte perechi de fețe congruente se pot forma cu ele și câte vârfuri are.
Cutia din enunț. reprezentare grafic-interactivă 3D: un paralelipiped dreptunghic. Rotește cutia și numără; răspunsurile le scrii mai jos.
Indicii
1Câte baze are cutia, și câte fețe laterale?
2Fiecare față are o față opusă la fel cu ea. Câte astfel de perechi ies?
3Vârfurile sunt colțurile cutiei: numără-le pe baza de jos și pe cea de sus.
Acum cunoști diagonala și îți lipsește o dimensiune. Formula merge și în sens invers.
CerințăExercițiul 2.1.6 Centura galbenă
Un paralelipiped dreptunghic are baza un pătrat cu latura de 4 cm, iar diagonala lui măsoară 9 cm. Ce înălțime are paralelipipedul?
Cutia din enunț. reprezentare grafic-interactivă 3D: un paralelipiped dreptunghic. Baza este un pătrat cu latura de 4 cm. Diagonala măsoară 9 cm; înălțimea o afli tu.
Indicii
1Scrie formula diagonalei corpului, cu înălțimea c necunoscută.
2Din pătratul diagonalei scade pătratele celor două laturi ale bazei.
Ai rezolvat corect 0 din 6 exerciții din nucleu. Încă 5 corecte și nucleul e al tău. Revezi întâi pasul la care te-ai împiedicat, apoi reia exercițiile acelea.
Prima diagonală te ajută la a doua. Ai grijă ce dimensiuni intră în fiecare triunghi.
CerințăExercițiul 2.1.7 Centura galbenă
Un paralelipiped dreptunghic are dimensiunile de 8 cm, 9 cm și 12 cm. Calculează: diagonala feței cu dimensiunile de 9 cm și 12 cm, apoi diagonala corpului.
Cutia din enunț. reprezentare grafic-interactivă 3D: un paralelipiped dreptunghic. Dimensiunile sunt de 8 cm, 9 cm și 12 cm. Cele două diagonale le calculezi tu.
Indicii
1La a) lucrezi doar cu fața de 9 cm pe 12 cm; dimensiunea de 8 cm nu intră.
2La b) folosește toate cele trei dimensiuni: d² = a² + b² + c².
3Poți verifica la b): pătratul diagonalei feței plus pătratul dimensiunii rămase.
Cutia e lungă, bățul și mai lung. Locul cel mai lung din cutie este de la un colț la colțul opus.
CerințăExercițiul 2.1.8 Centura verde
O cutie are în interior dimensiunile de 90 cm, 60 cm și 40 cm. Un băț drept, subțire, are lungimea de 1,15 m. Poate fi așezat în cutie pe diagonala ei, de la un colț de jos la colțul opus de sus? Justifică.
Indicii
1Bățul și dimensiunile cutiei trebuie scrise în aceeași unitate.
2Care este lungimea segmentului dintre două colțuri opuse ale cutiei?
3Dacă nu vrei să scoți rădăcina, compară pătratele celor două lungimi.
Dimensiunile sunt legate între ele prin proporții, iar diagonala le leagă și mai strâns. Pune un singur număr necunoscut, k.
CerințăExercițiul 2.1.9 Centura verde
Dimensiunile unui paralelipiped dreptunghic sunt direct proporționale cu 1, 2 și 2, iar diagonala corpului măsoară 18 cm. Care este suma lungimilor tuturor muchiilor paralelipipedului?
Cutia din enunț. reprezentare grafic-interactivă 3D: un paralelipiped dreptunghic. Dimensiunile sunt proporționale cu 1, 2 și 2. Valorile lor le afli tu.
Indicii
1Notează dimensiunile cu k, 2k și 2k.
2Pune-le în formula diagonalei corpului și află k.
3Ai găsit dimensiunile? Câte muchii are fiecare dimensiune?
Ai pornit de la un container și de la o cărămidă și ai ajuns la cutia scrisă cu trei numere: dimensiunile a, b și c. Din ele scoți diagonala unei fețe, cu Pitagora, apoi diagonala întregii cutii, cu a² + b² + c² sub radical. Dacă ți se dă diagonala, afli o dimensiune lipsă mergând invers.
Containerul nostru, de 6,06 pe 2,44 pe 2,59 m, are pe dinafară diagonala de aproximativ 7,03 m, mai lungă decât lungimea lui de 6,06 m. Stâlpul pus pe diagonală încape, deci, mai ușor decât te-ai fi așteptat.
Dar ce se întâmplă când toate cele trei dimensiuni sunt egale? Asta urmează, la micro-noțiunea 2.2, „Cubul”.
Pe scurt
paralelipiped dreptunghic: 6 fețe în 3 perechi, dimensiuni a, b, c