descartesclytie0x/descartes-math-platform
บทที่ 5 รูปเรขาคณิตสองมิติและสามมิติตรงกับหนังสือ ม.1 เล่ม 1 บทที่ 5

5.3 ภาพด้านหน้า ด้านข้าง และด้านบน

ยืนบนทางเท้ามองตึกแถวตรงๆ เห็นแค่หน้าตึกเป็นรูปสี่เหลี่ยม ไม่รู้เลยว่าตึกลึกเข้าไปเท่าไร แต่ถ้าบินโดรนขึ้นไปถ่ายจากข้างบน จะเห็นหลังคาและรู้ว่าตึกลึกแค่ไหน ช่างที่เขียนแบบบ้านก็ใช้วิธีนี้ วาดบ้านหลังเดียวเป็นภาพแบนหลายภาพ แต่ละภาพมองจากคนละทิศ คนอ่านแบบเอาภาพมารวมกันในหัวแล้วรู้ว่าบ้านหน้าตาเป็นยังไง

มองตรงจากสามทิศ

นิยาม

  • ภาพด้านหน้า คือภาพที่เห็นเมื่อมองตรงเข้าไปทางด้านหน้าของรูป สายตาอยู่ระดับเดียวกับรูปและตั้งฉากกับด้านหน้า
  • ภาพด้านข้าง คือภาพที่เห็นเมื่อมองตรงเข้าไปจากทางขวาของรูป
  • ภาพด้านบน คือภาพที่เห็นเมื่อมองตรงลงมาจากข้างบน

คำว่ามองตรงสำคัญที่สุด ถ้ามองเฉียงจะเห็นหลายด้านพร้อมกันแบบในรูปถ่ายทั่วไป แต่ภาพทั้งสามแบบนี้เห็นแค่ด้านที่หันเข้าหาเราด้านเดียว ความลึกหายไปหมด ลูกบาศก์ที่อยู่ข้างหลังถ้าถูกลูกข้างหน้าบังก็ไม่ปรากฏในภาพ

ข้อตกลงในบทนี้

ภาพด้านข้างมองจากทางขวาเสมอ แถวหน้าของรูปจึงไปอยู่ทางซ้ายของภาพ ส่วนภาพด้านบนให้วาดโดยหันด้านหน้าของรูปไว้ที่ขอบล่างของภาพ ถ้าโจทย์ข้อไหนมองจากทางซ้ายจะบอกไว้ในโจทย์

กราฟข้างล่างเป็นรูปที่ประกอบจากลูกบาศก์ 7 ลูก ลองเลื่อนแถบให้ได้ภาพทั้งสามแบบ แล้วดูว่าภาพเปลี่ยนจากรูปสามมิติเป็นรูปแบนตอนไหน

เดินวนรอบ 0 กับมองจากที่สูง 0 ได้ภาพด้านหน้า เดินวนรอบ 90 กับมองจากที่สูง 0 ได้ภาพด้านข้าง มองจากที่สูง 90 กับเดินวนรอบ 0 ได้ภาพด้านบน

สีในกราฟช่วยให้เห็นว่าหน้าไหนไปอยู่ภาพไหน หน้าที่หันไปข้างหน้าเป็นสีส้ม หันไปด้านข้างเป็นสีม่วง หันขึ้นข้างบนเป็นสีเขียว พอได้ภาพด้านหน้า จะเหลือแต่สีส้ม

ภาพสามด้านของรูปพื้นฐาน

รูปสามมิติด้านหน้าด้านข้างด้านบน
ภาพด้านหน้า ด้านข้าง และด้านบนของทรงกระบอก กรวย และพีระมิดฐานสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่ตั้งตรง
  • ทรงกระบอกที่ตั้งตรง มองจากด้านหน้าหรือด้านข้างเห็นเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า มองจากข้างบนเห็นเป็นวงกลม
  • กรวยมองจากด้านหน้าหรือด้านข้างเห็นเป็นรูปสามเหลี่ยม มองจากข้างบนเห็นเป็นวงกลมที่มีจุดตรงกลาง จุดนั้นคือยอดที่ชี้ขึ้นมาหาเรา
  • พีระมิดฐานสี่เหลี่ยมจัตุรัสมองจากด้านหน้าเห็นเป็นรูปสามเหลี่ยม มองจากข้างบนเห็นเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีเส้นทแยงมุม เส้นทแยงมุมคือขอบสี่เส้นที่ลากจากมุมฐานขึ้นไปหายอด

ลองคิดก่อน

กรวยกับพีระมิดฐานสี่เหลี่ยมจัตุรัสมีภาพด้านหน้าเป็นรูปสามเหลี่ยมเหมือนกัน ถ้าเห็นแค่ภาพด้านหน้า จะบอกได้ไหมว่าเป็นรูปไหน

ดูคำตอบ

บอกไม่ได้ ภาพด้านหน้าภาพเดียวตรงกับรูปสามมิติได้หลายรูป ต้องดูภาพด้านบนประกอบ ถ้าเป็นวงกลมคือกรวย ถ้าเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสคือพีระมิด นี่คือเหตุผลที่แบบบ้านต้องมีหลายภาพ ภาพแต่ละภาพทิ้งข้อมูลบางอย่างไป

รูปที่ประกอบจากลูกบาศก์

รูปที่เอาลูกบาศก์ขนาดเท่ากันมาวางเรียงและซ้อนกันบนพื้น เป็นโจทย์ที่เจอบ่อยที่สุดของเรื่องนี้ วิธีวาดภาพแต่ละด้านใช้หลักเดียว คือแบ่งรูปเป็นแถวตามทิศที่มอง แล้วดูว่าแต่ละแถวสูงที่สุดกี่ชั้น

  • ภาพด้านหน้า แบ่งรูปเป็นหลักจากซ้ายไปขวา หลักหนึ่งคือลูกบาศก์ทุกลูกที่อยู่แนวเดียวกันตั้งแต่หน้าไปหลัง ความสูงของหลักในภาพคือกองที่สูงที่สุดในหลักนั้น
  • ภาพด้านข้าง แบ่งรูปเป็นแถวจากหน้าไปหลัง ความสูงของแต่ละแถวในภาพคือกองที่สูงที่สุดในแถวนั้น แถวหน้าวาดไว้ทางซ้าย
  • ภาพด้านบน วาดช่องทุกช่องที่มีลูกบาศก์อย่างน้อยหนึ่งลูก ไม่สนว่าซ้อนสูงเท่าไร

ตัวอย่าง 1

วาดภาพด้านหน้า ด้านข้าง และด้านบนของรูปในกราฟข้างบน รูปนี้มีลูกบาศก์สองแถว แถวหลังมีสามกองสูง 2 2 และ 1 ชั้นจากซ้ายไปขวา แถวหน้ามีกองสูง 1 ชั้นทางซ้าย ช่องกลางว่าง และกองสูง 1 ชั้นทางขวา

  1. ภาพด้านหน้า หลักซ้ายมีกองสูง 2 กับ 1 สูงที่สุด 2 หลักกลางมี 2 กับช่องว่าง สูงที่สุด 2 หลักขวามี 1 กับ 1 สูงที่สุด 1 ภาพด้านหน้าจึงสูง 2 2 1 รวม 5 ช่อง
  2. ภาพด้านข้าง แถวหน้ามี 1 ช่องว่าง 1 สูงที่สุด 1 แถวหลังมี 2 2 1 สูงที่สุด 2 วาดแถวหน้าไว้ทางซ้าย ได้สูง 1 แล้ว 2 รวม 3 ช่อง
  3. ภาพด้านบน แถวหลังมีลูกบาศก์ครบสามช่อง แถวหน้ามีช่องซ้ายกับช่องขวา ช่องกลางว่าง รวม 5 ช่อง เป็นรูปคล้ายตัว U คว่ำ
ด้านหน้าด้านข้างด้านบน
รูปในตัวอย่าง 1 กับภาพทั้งสามด้าน

จำนวนช่องในภาพไม่ใช่จำนวนลูกบาศก์

รูปในตัวอย่าง 1 มีลูกบาศก์ 7 ลูก แต่ภาพด้านหน้ามีแค่ 5 ช่อง เพราะลูกบาศก์ชั้นล่างของแถวหลังซ้ายและแถวหลังขวาถูกลูกแถวหน้าบังไว้พอดี ภาพด้านหน้าบอกแค่ว่าแต่ละหลักสูงที่สุดเท่าไร ไม่ได้บอกว่าข้างหลังมีอีกกี่ลูก

ลองคิดก่อน

เพื่อนวาดภาพด้านข้างของรูปในตัวอย่าง 1 เป็นกองสูง 2 ไว้ทางซ้าย และกองสูง 1 ไว้ทางขวา ภาพนี้ผิดตรงไหน

ดูคำตอบ

เพื่อนวาดแถวหลังไว้ทางซ้าย ซึ่งเป็นภาพที่มองจากทางซ้ายของรูป ถ้ามองจากทางขวา แถวหน้าจะอยู่ทางซ้ายมือเรา ลองนึกว่ายืนอยู่ทางขวาของรูปแล้วหันหน้าเข้าหารูป ด้านหน้าของรูปจะอยู่ทางมือซ้าย ใช้กราฟตั้งเดินวนรอบเป็น 90 แล้วเทียบกับ −90-90 จะเห็นว่าสองภาพกลับซ้ายขวากัน

สรุป

  • ภาพด้านหน้า ด้านข้าง และด้านบน ได้จากการมองตรงจากทิศนั้น เห็นแค่ด้านเดียว ความลึกหายไป
  • ในบทนี้ภาพด้านข้างมองจากทางขวา และภาพด้านบนหันด้านหน้าไว้ข้างล่าง
  • รูปที่ประกอบจากลูกบาศก์ ความสูงของแต่ละหลักในภาพคือกองที่สูงที่สุดในแนวนั้น
  • ภาพเดียวบอกรูปสามมิติไม่ได้ และจำนวนช่องในภาพไม่ใช่จำนวนลูกบาศก์