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棱锥


Pyramids

棱锥是以一个面(称为“底面”)为多边形,所有其他面为三角形,并在一个公共多边形顶点(称为“顶点”)处相交的多面体。直棱锥是指底面质心与顶点的连线垂直于底面的棱锥。正棱锥是指底面为正多边形的直棱锥。对于n边正棱锥(表示为Y_n),只有当 n=3、4、5 时,才可能以等边三角形作为侧面。这些分别对应于正四面体正方棱锥正五棱锥

CanonicalPyramids

上面展示了 n=3 到 7 的规范 n-棱锥。

PyramidsAndDuals

上面的图示展示了规范 n-棱锥及其对偶体。可以看出,这些棱锥是自对偶的,这与棱锥的骨架轮图)是自对偶图的事实相符。中心半径为单位长度且中心位于原点的规范 n-棱锥具有正多边形底面外接圆半径

 R=2/(sqrt(1+2cos(pi/n)+cos((2pi)/n)))
(1)

并且底面和顶点的高度分别为

z_(base)=-tan(pi/(2n))
(2)
z_(apex)=cot(pi/(2n)),
(3)

给出整体高度

 h=cot(pi/(2n))-tan(pi/(2n)).
(4)

相应的边长、广义直径外接圆半径表面积体积

d_n=csc(pi/(2n))sqrt(sec(pi/n))
(5)
R_n=1/2cot(pi/(2n))sec(pi/n)
(6)
S_n=2n[tan(pi/n)+sqrt(2sec(pi/n)-1)]
(7)
V_n=2/3nsec^2(pi/(2n)).
(8)
CanonicalDipyramidNets

上面展示了 n=3, 4, ..., 10 的规范 n-双棱锥的网格。规范 n-棱锥的面是等腰三角形,其角度为

theta_1=cos^(-1)[4cos(pi/n)-cos((2pi)/n)-2]
(9)
theta_2=cos^(-1)[1-cos(pi/n)].
(10)

任意棱锥都具有单一的横截面形状,其长度随高度线性缩放。因此,横截面面积随高度二次方缩放,从底面 (z=0) 的 A_b 减小到顶点(假设位于高度 z=h 处)的 0。因此,高于底面高度 z 处的面积由下式给出

 A(z)=A_b((h-z)^2)/(h^2).
(11)

因此,无论底面形状或顶点相对于底面的位置如何,棱锥的体积都由下式给出

V=int_0^hA(z)dz
(12)
=A_bint_0^h((z-h)^2)/(h^2)dz
(13)
=1/3A_bh.
(14)

请注意,此公式也适用于圆锥椭圆锥等。

因此,底面是边长为 a 的正 n 边形的棱锥的体积为

 V_n=1/(12)ncot(pi/n)a^2h.
(15)

用底面外接圆半径表示,得到

 V_n=1/3pihR^2sinc((2pi)/n)
(16)

(Lo Bello 1988, Gearhart 和 Schulz 1990)。

几何质心圆锥的质心相同,由下式给出

 z^_=1/4h.
(17)

棱锥的表面积

 S=1/2ps,
(18)

其中 s斜高p 是底面周长

将两个棱锥底面相接会得到一个双棱锥,也称为双角锥。


另请参阅

增广, 双棱锥, Elevatum, 伸长棱锥, 侧旋伸长棱锥, 六棱锥, Invaginatum, 五棱锥, 棱锥台, 四棱锥, 四面体, 三棱锥, 截角四棱锥 在 MathWorld 课堂中探索此主题

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参考文献

Beyer, W. H. (Ed.). CRC 标准数学表格,第 28 版。 Boca Raton, FL: CRC Press, p. 128, 1987.Gearhart, W. B. and Schulz, H. S. "函数 sinx/x。" College Math. J. 21, 90-99, 1990.Harris, J. W. and Stocker, H. "Pyramid." §4.3 in 数学与计算科学手册。 New York: Springer-Verlag, pp. 98-99, 1998.Hart, G. "Pyramids, Dipyramids, and Trapezohedra." http://www.georgehart.com/virtual-polyhedra/pyramids-info.html.Kern, W. F. and Bland, J. R. "Pyramid" and "Regular Pyramid." §20-21 in 附证明的立体测量学,第 2 版。 New York: Wiley, pp. 50-53, 1948.Lo Bello, A. J. "Volumes and Centroids of Some Famous Domes." Math. Mag. 61, 164-170, 1988.

在 Wolfram|Alpha 中被引用

棱锥

如此引用

Weisstein, Eric W. "Pyramid." 来自 MathWorld--Wolfram 网络资源。 https://mathworld.net.cn/Pyramid.html

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