![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/85/Cone_02.png/220px-Cone_02.png)
Ко́нус (через нем. Konus и лат. cōnus, от др.-греч. κώνος[1] — «сосновая шишка»[2]) — поверхность, образованная в пространстве множеством лучей (образующих конуса), соединяющих все точки некоторой плоской кривой (направляющей конуса) с данной точкой пространства (вершиной конуса)[3].
Если направляющая конуса — замкнутая кривая, то коническая поверхность служит границей пространственного тела, которое также называют «конусом» (см. рисунок), а внутренность этой кривой называют «основанием конуса», если основание конуса представляет собой многоугольник, такой конус является пирамидой.
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/72/DoubleCone.png/220px-DoubleCone.png)
Иногда вместо лучей рассматривают прямые, тогда получается двойной конус, состоящий из двух симметричных относительно вершины частей.
Конус и связанные с ним конические сечения играют большую роль в математике, астрономии и других науках.
Связанные определения
- Боковая поверхность конуса — объединение образующих конуса; образующая поверхность конуса является конической поверхностью.
- Высота конуса — отрезок, опущенный перпендикулярно из вершины на плоскость основания (а также длина такого отрезка).
- Угол раствора конуса — угол между двумя противоположными образующими (угол при вершине конуса, внутри конуса).
- Конусность — соотношение высоты и диаметра основания конуса.
Типы конусов
-
Прямой круговой конус
-
Прямой и косой круговые конусы с равным основанием и высотой: их объём одинаков
-
Усечённый прямой круговой конус
- Прямой конус — конус, основание которого имеет центр симметрии (например, является кругом или эллипсом) и ортогональная проекция вершины конуса на плоскость основания совпадает с этим центром; при этом прямая, соединяющая вершину и центр основания, называется осью конуса.
- Косой (или наклонный) конус — конус, у которого ортогональная проекция вершины на основание не совпадает с его центром симметрии.
- Круговой конус — конус, основание которого является кругом.
- Конус вращения, или прямой круговой конус (часто под конусом подразумевают именно его) — конус, который можно получить вращением (то есть тело вращения) прямоугольного треугольника вокруг прямой, содержащей катет треугольника (эта прямая является осью конуса).
- Конус, опирающийся на эллипс, параболу или гиперболу, называют соответственно эллиптическим, параболическим и гиперболическим конусом: последние два имеют бесконечный объём.
- Усечённый конус или конический слой — часть конуса, лежащая между основанием и плоскостью, параллельной основанию и находящейся между вершиной и основанием.
- Равносторонний конус — конус вращения, образующая которого равна диаметру основания [4].
Свойства
- Если площадь основания конечна, то объём конуса также конечен и равен трети произведения высоты на площадь основания.
- где S — площадь основания, H — высота. Таким образом, все конусы, опирающиеся на данное основание (конечной площади) и имеющие вершину, находящуюся на данной плоскости, параллельной основанию, имеют равный объём, поскольку их высоты равны.
- Центр тяжести любого конуса с конечным объёмом лежит на четверти высоты от основания.
- Телесный угол при вершине прямого кругового конуса равен
- где α — угол раствора конуса.
- Площадь боковой поверхности прямого кругового конуса равна
- а в общем случае
- где R — радиус основания, — длина образующей, — длина границы основания.
- Полная площадь поверхности (то есть сумма площадей боковой поверхности и основания) равна
- для прямого кругового конуса и
- для произвольного, где — площадь основания.
- Объём кругового (не обязательно прямого) конуса равен
- Для усечённого кругового конуса (не обязательно прямого) объём равен:
- где и — радиусы соответственно нижнего и верхнего оснований, — высота от плоскости нижнего основания,до верхнего основания.
- Для произвольного усечённого конуса (не обязательно прямого и кругового) объём равен:
- где и — площади соответственно верхнего (ближнего к вершине) и нижнего оснований, и — расстояния от плоскости соответственно верхнего и нижнего основания до вершины.
- Пересечение плоскости с прямым круговым конусом является одним из конических сечений (в невырожденных случаях — эллипсом, параболой или гиперболой, в зависимости от положения секущей плоскости).
Уравнение прямого кругового конуса
Уравнения, задающие боковую поверхность прямого кругового конуса с углом раствора 2Θ, вершиной в начале координат и осью, совпадающей с осью Oz:
- В сферической системе координат с координатами (r, φ, θ):
- В цилиндрической системе координат с координатами (r, φ, z):
- или
- В декартовой системе координат с координатами (x, y, z):
- Это уравнение в каноническом виде записывается как
- где константы a, с определяются пропорцией Отсюда видно, что боковая поверхность прямого кругового конуса представляет собой поверхность второго порядка (она носит название коническая поверхность). В общем виде коническая поверхность второго порядка опирается на эллипс; в подходящей декартовой координатной системе (оси Ох и Оу параллельны осям эллипса, вершина конуса совпадает с началом координат, центр эллипса лежит на оси Oz) её уравнение имеет вид
- причём a/c и b/c равны полуосям эллипса. В наиболее общем случае, когда конус опирается на произвольную плоскую поверхность, можно показать, что уравнение боковой поверхности конуса (с вершиной в начале координат) задаётся уравнением где функция является однородной, то есть удовлетворяющей условию для любого действительного числа α.
Развёртка
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/13/%D0%A0%D0%B0%D0%B7%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1%82%D0%BA%D0%B0_%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%BC%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%83%D1%81%D0%B0.jpg/220px-%D0%A0%D0%B0%D0%B7%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1%82%D0%BA%D0%B0_%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%BC%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%83%D1%81%D0%B0.jpg)
Прямой круговой конус как тело вращения образован прямоугольным треугольником, вращающимся вокруг одного из катетов, где h — высота конуса от центра основания до вершины — является катетом прямоугольного треугольника, вокруг которого происходит вращение. Второй катет прямоугольного треугольника r — радиус в основании конуса. Гипотенузой прямоугольного треугольника является l — образующая конуса.
В создании развёртки конуса могут использоваться всего две величины r и l. Радиус основания r определяет в развертке круг основания конуса, а сектор боковой поверхности конуса определяет образующая боковой поверхности l, являющаяся радиусом сектора боковой поверхности. Угол сектора в развёртке боковой поверхности конуса определяется по формуле:
- φ = 360°·(r/l).
Вариации и обобщения
- В алгебраической геометрии конус — это произвольное подмножество векторного пространства над полем , для которого для любого
- В топологии конус над топологическим пространством X есть факторпространство по отношению эквивалентности
- В линейной алгебре есть понятие выпуклого конуса.
См. также
Примечания
- ↑ Этимологический словарь русского языка Макса Фасмера
- ↑ «I κῶνος»
- ↑ Математический энциклопедический словарь, 1988, с. 288.
- ↑ Математический справочник . Дата обращения: 22 мая 2020. Архивировано 2 декабря 2020 года.
Литература
- Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). — 2-е изд. — М.: Наука, 1970. — 720 с.
- Конус // Математический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — С. 288. — 847 с.