Pe scurt: Cubul este paralelipipedul dreptunghic cu a = b = c: are 6 fețe pătrate congruente, 12 muchii și 8 vârfuri. Diagonala unei fețe este a√2, iar diagonala cubului este a√3. Din diagonală poți afla muchia, împărțind la √3. Pentru cubul Rubik, cu muchia de 5,7 cm, diagonala unei fețe este de aproximativ 8,06 cm.
Ai un cub Rubik pe birou. Rotește-l în mână și numără: șase fețe, toate pătrate, și douăsprezece muchii, toate la fel de lungi.
Dacă îl măsori cu rigla, muchia are în jur de 5,7 cm. Un singur număr îți spune cât de mare este, spre deosebire de cutie, unde aveai nevoie de trei.
La micro-noțiunea 2.1, cutia avea dimensiunile a, b și c. La cub, toate trei sunt la fel. Ce crezi că se întâmplă cu formula diagonalei, când a = b = c?
Ghicește: diagonala cubului va fi de câte ori muchia? Lasă numărul în gând, ca să-l compari la urmă.
Aflăm imediat, ecran cu ecran, iar la sfârșit vii să încerci singur.
Ce faci aici: Ghicești de câte ori e diagonala cubului mai mare decât muchia.
Ia cutia ta preferată și închipuie-ți că o lărgești și o înalți până când cele trei dimensiuni ajung la fel. Ce ai primit? Un cub.
Trage de mânerul din scenă: cubul crește sau scade în toate direcțiile deodată, pentru că toate muchiile lui sunt egale. Ghicește ce se întâmplă cu fețele.
Toate cele șase fețe sunt pătrate congruente, de latură a. Cele douăsprezece muchii au toate lungimea a, iar vârfurile sunt 8.
Atinge două fețe diferite și uită-te la dimensiunile lor din legendă. Sunt la fel de fiecare dată, a × a.
Deci cubul este paralelipipedul dreptunghic cu a = b = c. Tot ce știm despre cutie știm și despre cub, doar că scris mai scurt.
Fața cubului e un pătrat de latură a. Ghicește: diagonala lui e mai mare sau mai mică decât 2a, adică decât dublul laturii?
Aplicăm Pitagora în triunghiul dreptunghic format de două laturi și diagonală: d² = a² + a² = 2a².
Luăm rădăcina pătrată: d = √(2a²) = a√2. Ai întâlnit asta în clasa a VII-a, la diagonala pătratului.
Pune a = 4 în scenă și atinge diagonala unei fețe: legenda scrie 4√2 ≈ 5,66. Exact și aproximativ, ca să le poți compara.
La cubul Rubik, cu muchia de 5,7 cm, diagonala unei fețe este 5,7 · √2 ≈ 8,06 cm.
Formula feței, pe tablă:
Diagonala feței
diagonala feței: d = a√2
din d² = a² + a² = 2a²
exemplu: a = 4 ⇒ d = 4√2 ≈ 5,66
Diagonala unei fețe a cubului. reprezentare grafic-interactivă 3D: un cub, cu muchia 4; la vedere: diagonala unei fețe. Atinge diagonala trasată și citește valoarea ei: exactă și aproximativă.
Pe scurt: Diagonala unei fețe a cubului cu muchia a este d = a√2, fiindcă d² = a² + a² = 2a².
Ce faci aici: Atingi diagonala unei fețe a cubului și citești valoarea ei în legendă.
Acum diagonala cubului, din colțul de jos în colțul opus de sus. La cutie ai calculat-o cu a² + b² + c²; ce devine formula când toate trei sunt a?
d² = a² + a² + a² = 3a², deci d = a√3. Atât: muchia înmulțită cu √3.
Trage de mâner și urmărește, pentru a = 4, diagonala cubului: legenda scrie 4√3 ≈ 6,93. Dacă schimbi muchia, cifrele se refac, iar raportul rămâne același, √3.
Cubul Rubik, de 5,7 cm, are diagonala 5,7 · √3 ≈ 9,87 cm, deci sub 10 cm. Se putea ghici de la începutul micro-noțiunii.
Observă ordinea: muchia, diagonala feței, diagonala cubului, adică a < a√2 < a√3, pentru că 1 < √2 < √3.
Lanțul de mărimi și formula, pe tablă:
Diagonala cubului
diagonala cubului: d = a√3
din d² = a² + a² + a² = 3a²
a < a√2 < a√3
Diagonala cubului. reprezentare grafic-interactivă 3D: un cub, cu muchia 4; la vedere: diagonala corpului, diagonala unei fețe. Trage de mâner și urmărește cele două diagonale: raportul lor la muchie nu se schimbă.
Pe scurt: Diagonala unui cub cu muchia a este d = a√3, fiindcă d² = 3a²; ea este mai lungă decât diagonala unei fețe, a√2.
Ce faci aici: Tragi de mânerul cubului și urmărești cum diagonala rămâne de √3 ori muchia.
Se poate și invers: cunoști diagonala cubului și vrei muchia. Să zicem că un cub de sticlă, de decor, are diagonala de 12 cm. Ce lungime are muchia lui?
Pornești de la d = a√3, deci a = d : √3. Împarte 12 la √3 și vezi ce iese.
a = 12 : √3. Ca să scapi de radical de la numitor, amplifici cu √3: 12√3 : 3 = 4√3, ca la numerele reale.
Aproximativ, 4√3 ≈ 6,93 cm. Verifică în scenă: schimbă muchia până ajunge aproape de 7 și vezi cum diagonala se apropie de 12.
La fel faci cu diagonala feței: dacă o față are diagonala 10, atunci a√2 = 10, deci a = 10 : √2 = 5√2 ≈ 7,07.
Cele două rețete ale drumului invers:
Drumul invers
din diagonala corpului: a = d : √3
din diagonala feței: a = d : √2
exemplu: d = 12 ⇒ a = 4√3 ≈ 6,93
Din diagonală la muchie. reprezentare grafic-interactivă 3D: un cub, cu muchia 5; la vedere: diagonala corpului. Schimbă muchia până când diagonala cubului se apropie de 12.
Pe scurt: Din diagonala unui cub afli muchia împărțind la √3, iar din diagonala unei fețe, împărțind la √2.
Ce faci aici: Afli muchia unui cub din diagonala lui, apoi verifici în scenă.
Diagonala cubului este a√3, nu a√2: a√2 este diagonala unei fețe, care stă pe un perete.
Cele trei muchii puse cap la cap, 3a, fac un drum mai lung decât diagonala a√3, care e de aproximativ 1,73 ori a. Diagonala este drumul drept, prin interior.
La drumul invers, împarți la √3, nu la 3: a = d : √3, nu d : 3.
Ce faci aici: Citești capcanele și unde se întâmplă ele de obicei.
Un cub are toate muchiile egale. Rămâne să știi câte sunt.
CerințăExercițiul 2.2.3 Centura albă
Cubul Rubik clasic are muchia de 5,7 cm. Un meșter îi face scheletul din sârmă, câte o bucată pentru fiecare muchie. Ce lungime totală de sârmă folosește?
Indicii
1Câte muchii are un cub?
2Toate muchiile cubului au aceeași lungime. Care este ea?
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.
Aici contează și zecimile: cele două lungimi sunt foarte apropiate. Compară pătratele, nu aproximările.
CerințăExercițiul 2.2.8 Centura verde
O umbrelă pliată are 52 cm lungime. O cutie are forma unui cub cu muchia interioară de 30 cm. Poate fi așezată umbrela în cutie pe diagonala cubului, de la un colț de jos la colțul opus de sus? Justifică.
Indicii
1Cu ce lungime din cub trebuie comparată umbrela?
2Calculează pătratul diagonalei și pătratul lungimii umbrelei, și compară-le.
Trei segmente, trei fețe diferite. Vezi ce au în comun, apoi socotește.
CerințăExercițiul 2.2.9 Centura verde
În cubul ABCDA′B′C′D′ cu muchia de 5 cm se unesc vârfurile A, B′ și D′, ca să se formeze triunghiul AB′D′. Calculează perimetrul acestui triunghi. Scrie rezultatul exact, cu radical.
Indicii
1Pe ce fețe ale cubului stau segmentele AB′, AD′ și B′D′?
2Ce fel de segment este fiecare dintre ele pentru fața lui?
3Câte laturi are triunghiul, și cât măsoară fiecare?
Ai pornit de la un cub Rubik și ai ajuns la cutia cea mai ordonată: cu o singură muchie a, diagonala unei fețe este a√2, iar diagonala cubului este a√3. Și știi să mergi și invers, de la diagonală la muchie.
Cutia și zarul sunt gata. Urmează fixarea întregii noțiuni, ca să vedem dacă bucățile stau împreună.
Pe scurt
cub: a = b = c
diagonala feței a√2 · diagonala cubului a√3
din diagonală: a = d : √2 sau a = d : √3
Ce știi să faci acum
spui ce înseamnă a = b = c
calculezi diagonala unei fețe a cubului: a√2
calculezi diagonala cubului: a√3
afli muchia din diagonală
Ce faci aici: Citești încheierea și îți spui în gând, cu cuvintele tale, ce se schimbă la cub față de cutie.