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學習・解釋・訂正

基本立體圖形

先理解概念,獨立嘗試,再解釋想法如何改變。

高一必修 第二册(A版).pdf · 8.1 · PDF 104 / 印刷頁 97

先重溫:平面向量的應用

專題 01

基本立體圖形

透過定義、對照例子及有理據的應用,掌握基本立體圖形。

學完之後,你能解釋

  • 以定義、有效空間推理及度量檢查處理基本立體圖形。
  • 連結不同表示法,說明每步理由,並處理邊界情況。
  • 能解釋解法,並把概念用於改變了的情境。

定義結構

棱柱、棱錐、棱台及旋轉體有不同底面及側面定義關係。

截面

棱錐平行截面相似,度量比例取決於距頂點的位置。

預測 → 操作 → 解釋 → 遷移

先留下預測,再探索關係。

課節思考:計算前,預測「基本立體圖形」的一項定義條件改變後,結論會怎樣改變,並記錄理由。

模型實驗:先預測調整下列參數會改變哪個結果,再以顯示的數值檢查,並與課節問題比較。

長方體示意圖(非按比例):3×4×2;體積=24,表面積=52。

長方體示意圖(非按比例):3×4×2;體積=24,表面積=52。

解釋:比較兩個符合條件的例子及一個邊界或不符合條件的例子,利用所述定義解釋差異。

遷移:自擬新例子及一個容易令人信服的錯誤解法,再指出缺漏條件並修正。

試一試,把思路寫下來。

每次只看一個提示。訂正時記錄想法如何改變,不只抄下答案。

01 / 基礎#示範例題

5 棱柱有多少個頂點?

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
辨識立體的定義面、截面及生成要素。
提示 2
每個底面提供 n 個頂點。
完整解答
  1. 辨識立體的定義面、截面及生成要素。

  2. 計算或化簡此關係式。

    V=2n=2(5)=10V=2n=2(5)=10
  3. 對應底面頂點互異,並以側棱連接。

所求值為 10。

檢查與易錯點:對應底面頂點互異,並以側棱連接。

先思考,待同學準備好再展開提示。

02 / 鞏固#示範例題

5 棱錐有多少條棱?

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
辨識立體的定義面、截面及生成要素。
提示 2
分開數底棱及由頂點連至底面的棱。
完整解答
  1. 辨識立體的定義面、截面及生成要素。

  2. 計算或化簡此關係式。

    E=n+n=2(5)=10E=n+n=2(5)=10
  3. 底面的對角線不是立體的棱。

所求值為 10。

檢查與易錯點:底面的對角線不是立體的棱。

先思考,待同學準備好再展開提示。

03 / 遷移#示範例題

列出 5 棱柱的 V、E、F,驗證歐拉關係。

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
辨識立體的定義面、截面及生成要素。
提示 2
數出兩個底面及 n 個側面。
完整解答
  1. 辨識立體的定義面、截面及生成要素。

  2. 計算或化簡此關係式。

    2n−3n+(n+2)=2(n=5)2n-3n+(n+2)=2\quad(n=5)
  3. 此驗證適用此凸多面體族,並非所有多面體的通用證明。

V=10、E=15、F=7;V−E+F=2。

檢查與易錯點:此驗證適用此凸多面體族,並非所有多面體的通用證明。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

04 / 基礎#獨立練習

6 棱柱有多少個頂點?

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
辨識立體的定義面、截面及生成要素。
提示 2
每個底面提供 n 個頂點。
完整解答
  1. 辨識立體的定義面、截面及生成要素。

  2. 計算或化簡此關係式。

    V=2n=2(6)=12V=2n=2(6)=12
  3. 對應底面頂點互異,並以側棱連接。

所求值為 12。

檢查與易錯點:對應底面頂點互異,並以側棱連接。

先思考,待同學準備好再展開提示。

05 / 基礎#獨立練習

6 棱錐有多少條棱?

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
辨識立體的定義面、截面及生成要素。
提示 2
分開數底棱及由頂點連至底面的棱。
完整解答
  1. 辨識立體的定義面、截面及生成要素。

  2. 計算或化簡此關係式。

    E=n+n=2(6)=12E=n+n=2(6)=12
  3. 底面的對角線不是立體的棱。

所求值為 12。

檢查與易錯點:底面的對角線不是立體的棱。

先思考,待同學準備好再展開提示。

06 / 基礎#獨立練習

求正圓錐的母線長。

r=9,h=12r=9,\quad h=12
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
辨識立體的定義面、截面及生成要素。
提示 2
半徑與垂直高構成直角三角形。
完整解答
  1. 辨識立體的定義面、截面及生成要素。

  2. 計算或化簡此關係式。

    l=r2+h2=81+144=15l=\sqrt{r^2+h^2}=\sqrt{81+144}=15
  3. 母線長不等於垂直高。

所求值為 15。

檢查與易錯點:母線長不等於垂直高。

先思考,待同學準備好再展開提示。

07 / 基礎#獨立練習

平面平行棱錐底面,並在頂點與底面中間截取,求截面與底面面積比。

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
辨識立體的定義面、截面及生成要素。
提示 2
平行截面為相似圖形。
完整解答
  1. 辨識立體的定義面、截面及生成要素。

  2. 計算或化簡此關係式。

    λ=1/2;Ssection/Sbase=λ2=1/4\lambda=1/2;\quad S_{\text{section}}/S_{\text{base}}=\lambda^2=1/4
  3. 面積比為長度比的平方。

所求值為 0.25。

檢查與易錯點:面積比為長度比的平方。

先思考,待同學準備好再展開提示。

08 / 鞏固#獨立練習

只有兩個平行面,能否保證是棱柱?說明。

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
辨識立體的定義面、截面及生成要素。
提示 2
考慮平行底面截得的棱台。
完整解答
  1. 辨識立體的定義面、截面及生成要素。

  2. 截棱錐可有平行但不全等的底面,因此為反例。

  3. 一項可見的必要特徵不一定構成充分定義。

不能。棱柱還要求底面為全等多邊形及側棱按棱柱結構平行。

檢查與易錯點:一項可見的必要特徵不一定構成充分定義。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

09 / 鞏固#獨立練習

球的半徑為 r,球面上每點距球心多少?

r=3r=3
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
辨識立體的定義面、截面及生成要素。
提示 2
使用球面的軌跡定義。
完整解答
  1. 辨識立體的定義面、截面及生成要素。

  2. 計算或化簡此關係式。

    ∣OP∣=r=3|OP|=r=3
  3. 內部點可較近,本題只指球面。

所求值為 3。

檢查與易錯點:內部點可較近,本題只指球面。

先思考,待同學準備好再展開提示。

10 / 鞏固#獨立練習

列出 6 棱柱的 V、E、F,驗證歐拉關係。

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
辨識立體的定義面、截面及生成要素。
提示 2
數出兩個底面及 n 個側面。
完整解答
  1. 辨識立體的定義面、截面及生成要素。

  2. 計算或化簡此關係式。

    2n−3n+(n+2)=2(n=6)2n-3n+(n+2)=2\quad(n=6)
  3. 此驗證適用此凸多面體族,並非所有多面體的通用證明。

V=12、E=18、F=8;V−E+F=2。

檢查與易錯點:此驗證適用此凸多面體族,並非所有多面體的通用證明。

推理清單・自評/教師評核
  • 寫出所用定義、條件或模型。
  • 給出有效計算、證明或反例。
  • 連同限制解釋結論。

先思考,待同學準備好再展開提示。

11 / 鞏固#獨立練習

7 棱柱有多少個頂點?

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
辨識立體的定義面、截面及生成要素。
提示 2
每個底面提供 n 個頂點。
完整解答
  1. 辨識立體的定義面、截面及生成要素。

  2. 計算或化簡此關係式。

    V=2n=2(7)=14V=2n=2(7)=14
  3. 對應底面頂點互異,並以側棱連接。

所求值為 14。

檢查與易錯點:對應底面頂點互異,並以側棱連接。

先思考,待同學準備好再展開提示。

12 / 遷移#獨立練習

7 棱錐有多少條棱?

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
辨識立體的定義面、截面及生成要素。
提示 2
分開數底棱及由頂點連至底面的棱。
完整解答
  1. 辨識立體的定義面、截面及生成要素。

  2. 計算或化簡此關係式。

    E=n+n=2(7)=14E=n+n=2(7)=14
  3. 底面的對角線不是立體的棱。

所求值為 14。

檢查與易錯點:底面的對角線不是立體的棱。

先思考,待同學準備好再展開提示。

13 / 遷移#獨立練習

求正圓錐的母線長。

r=12,h=16r=12,\quad h=16
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
辨識立體的定義面、截面及生成要素。
提示 2
半徑與垂直高構成直角三角形。
完整解答
  1. 辨識立體的定義面、截面及生成要素。

  2. 計算或化簡此關係式。

    l=r2+h2=144+256=20l=\sqrt{r^2+h^2}=\sqrt{144+256}=20
  3. 母線長不等於垂直高。

所求值為 20。

檢查與易錯點:母線長不等於垂直高。

先思考,待同學準備好再展開提示。

專注一道題目

課末檢核與訂正

回看最近核對的答案及解釋;改動草稿後須重新核對。書面推理需要自評或教師評核。

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    教師備課與評核

    提問順序

    • 使用「基本立體圖形」的主要法則前,須滿足甚麼條件?
    • 哪一種表示法能使此題較易處理?為甚麼?
    • 改變一項假設後,原結論還成立嗎?

    板書重點

    • 以定義、有效空間推理及度量檢查處理基本立體圖形。
    • 定義結構:棱柱、棱錐、棱台及旋轉體有不同底面及側面定義關係。
    • 截面:棱錐平行截面相似,度量比例取決於距頂點的位置。
    • 總結:條件 → 表示 → 推理 → 檢驗。

    預期想法

    • 預期理由:棱柱、棱錐、棱台及旋轉體有不同底面及側面定義關係。
    • 預期理由:棱錐平行截面相似,度量比例取決於距頂點的位置。
    • 預期修正:只有兩個平行面不足以定義棱柱。

    評核清單

    • 1:辨識已知條件及所求。
    • 1:選取合適定義、表示或方法。
    • 1:推理連貫且正確。
    • 1:檢驗條件並解釋結果。

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