周长、面积与立体 · 定义、性质与公式

长方体与正方体

Rectangular Prisms and Cubes

本页目录定义

示意图帮助辨认条件,点名只作说明;图形和读数不能代替证明。

定义

使用条件:讨论封闭的、不退化的基本几何体。

不退化:长方体的长、宽、高都大于 0,不能压成平面或线段。

长方体定义:由六个矩形面围成的封闭立体图形叫作长方体;允许其中一些面是正方形,也不要求三种棱长互不相等。

正方体定义:由六个全等正方形面围成的封闭立体图形叫作正方体,它是长方体的特殊情况。

面、棱与顶点

使用条件:长方体长 a、宽 b、高 h;正方体棱长 s。各长度均为正,代入公式前换算为同一长度单位。

长方体的结构:长方体有六个矩形面,相对的面形状和大小相同;有十二条棱,分为三组,每组四条等长的平行棱;有八个顶点。

正方体的结构:正方体的六个面都是全等正方形,十二条棱都相等,正方体是长方体的特殊情况。

长方体:长、宽、高

与下方展开图使用同一示例 a=3、b=2、h=1.5。透视图的斜棱不按实际长度或夹角绘制;背后的棱用虚线表示,共 6 个面、12 条棱、8 个顶点。

正方体:十二条棱等长

与下方展开图使用同一示例 s=1。透视图的斜棱不按实际长度绘制;十二条棱均等长,六个面都是全等正方形。

透视图中的斜棱表示纵深方向,不按图上的长度或角度判断实际棱长与垂直关系。

表面积与体积

使用条件:长方体长 a、宽 b、高 h 均为正,长度单位相同。

长方体:有 6 个面、12 条棱、8 个顶点;表面积为 2(ab+ah+bh),体积为 abh。

符号表达

S 表示整个表面积,V 表示体积。

S=2(ab+ah+bh)V=abh\begin{aligned}S&=2(ab+ah+bh)\\V&=abh\end{aligned}

长方体展开:三组相对面

示例 a=3、b=2、h=1.5;展开后两块 a×b、两块 a×h、两块 b×h 的面大小分别相同。

展开图有两块 a×b、两块 a×h、两块 b×h 的面;内部虚线是折叠边,不是增加的面。

怎样理解

六个面分成三组:两块面积为 ab,两块为 ah,两块为 bh。把六块面积相加,得到 2ab+2ah+2bh=2(ab+ah+bh)。体积则是底面积 ab 乘高 h。

理解时别漏掉:表面积使用平方单位,体积使用立方单位;展开图不能漏面或让面重叠。

使用条件:正方体棱长 s>0,使用统一的长度单位。

正方体:有 6 个面、12 条棱、8 个顶点;表面积为 6s²,体积为 s³。

符号表达

S 表示整个表面积,V 表示体积。

S=6s2V=s3\begin{aligned}S&=6s^2\\V&=s^3\end{aligned}

正方体展开:六个正方形

示例 s=1。这是六个全等正方形的一种展开方式;并非任意六个正方形相连都能折成正方体。

六个全等正方形对应正方体的六个面;这是能够折成正方体的一种展开方式。

怎样理解

每个面的面积都是 s²,六个面相加得到 6s²。把长方体的长、宽、高都取为 s,体积就是 s×s×s=s³。

理解时别漏掉:并非任意六个正方形相连都能折成正方体;还要检查面的邻接与折叠关系。