截锥体(truncated cone)是一种与
锥体有关的
多面体,指由平面截锥体而得的另一个锥体。锥体被不过顶点且与锥体
母线都相交的平面所截,留下的在截面和底面间的锥体部分。
基本概念
截锥体是一种与锥体有关的多面体,指由一平面去截一锥体而得的另一个锥体。锥体被不过顶点且与锥体母线都相交的平面所截,留下的在截面和底面间的锥体部分。常见的截锥体有圆台,棱台等,例如圆台体(图2(b)):直角三角形ABC绕直角边AC旋转一周,斜边AB形成的空间轨迹所包围的几何体就是一个圆锥体,如图2(a)所示。AB形成的表面叫圆锥面,AB为圆锥面的素线或母线。若圆锥体的顶端被截去一部分,就成为圆锥台或截锥体,如图2(b)所示。
截锥体举例
圆台(平截圆锥体)
圆台亦称正圆台或平截圆锥体,是一种特殊的台体,中国古算书称圆亭、由平行于圆锥底面的平面截去圆锥上部小圆锥后留下的几何体。截面和圆锥的底面称为圆台的上、下底面,圆锥的轴、母线和侧面的留下部分称为圆台的轴、母线和侧面,轴长称为圆台的高。圆台也是直角梯形(如图3中的梯形O1O2B2B1)绕一直角边旋转一周而生成的几何体,图3中⊙O1,⊙O2分别为圆台的上底、下底,A1A2,B1B2等为圆台的母线,线段O1O2的长为圆台的高。
圆台的主要性质是:
1.圆台的两个底面都是圆,它们所在的平面平行。
2.平行于底面的截面都是圆。
3.圆台的母线都相等,它们延长相交于轴上同一点。
4.圆台的轴过两个底面的圆心,并且垂直于两底面,连结两底面圆心的线段的长等于圆台的高。
5.圆台的轴截面是等腰梯形,它的两腰是圆台的两条母线,它的上、下底分别是圆台的上、下底面圆的直径。
6.圆台的高、一条母线和经过这条母线两个端点的上、下底面半径组成一个直角梯形。
斜截圆锥体
斜截圆锥体是一种截圆锥体,用与所有母线均相交,且不与底面平行和相交的平面截去圆锥的锥尖部分,余下的封闭几何体称为斜截圆锥,如图4,图5为其三视图。截交线为椭圆,再画截交线的投影时,需先求出若干个共有点的投影,然后将它们依次光滑连接起来,才能获得截交线的投影。
棱台(平截棱锥)
棱台亦称角台或平截棱锥,是一种特殊的台体。即被截锥体是棱锥的台体。棱台底面的边是棱台的底棱。棱锥被截时,侧面余下的梯形称为棱台的侧面,相邻侧面的交线称为侧棱,棱台侧面梯形的高都称为棱台的斜高,一般情况下各斜高不等.由三棱锥、四棱锥……n棱锥(n≥3,n∈N)截得的棱台分别称为三棱台、四棱台……n棱台.棱台用它的两底面的顶点字母表示,例如,五棱台记为棱台ABCDE-A′B′C′D′E′,或简记为棱台AC′。
棱台的主要性质有:
1.两个底面是相似多边形。
2.各侧棱的延长线交于一点。
3.侧面都是梯形。
4.对角面是梯形。
5.与棱台底面平行的截面是和底面相似的多边形。
斜截棱锥
斜截棱锥与平截棱锥(即棱台)的区别是:平截棱锥的截面平行于底面,而斜截棱锥的截面是不与底面平行和相交的平面,如图7为斜截棱锥的正视图和俯视图。
体积计算
截锥体的体积可用公式计算,也可用定积分计算。
【例1】设有一截锥体,其上、下底均为椭圆,椭圆的轴长分别为2a,2b和2A,2B,高为h,求这截锥体的体积。
解 建立坐标系,过y轴上y点作垂直于y轴的半面,则平面与截锥体的截面为椭圆,易得其长短半轴分别为
截面的面积为
于是截锥体的体积为