29.1 พีระมิด กรวย ทรงกลม และสูงเอียง
หลังคาศาลาทรงจั่วสี่ด้าน หมวกวันเกิดกระดาษ ลูกฟุตบอล ทั้งสามอย่างไม่ใช่ปริซึมหรือทรงกระบอกแบบในบทที่ 12 เพราะไม่ได้มีฐานสองฐานที่เท่ากันและขนานกัน หลังคากับหมวกมีฐานด้านเดียวแล้วเรียวขึ้นไปเป็นจุดแหลม ส่วนลูกบอลไม่มีฐานเลย หน้านี้จะทำความรู้จักรูปทรงสามแบบนี้ และความยาวหนึ่งที่ใช้ทั้งบท คือสูงเอียง
พีระมิด
นิยาม
พีระมิด (pyramid) คือรูปเรขาคณิตสามมิติที่มีฐานเป็นรูปหลายเหลี่ยม มีจุดยอดหนึ่งจุดที่ไม่อยู่บนระนาบเดียวกับฐาน และมีหน้าข้างเป็นรูปสามเหลี่ยมทุกหน้า โดยหน้าข้างทุกหน้ามีจุดยอดร่วมกันที่จุดนั้น
เรียกชื่อพีระมิดตามรูปของฐานเหมือนปริซึม ฐานเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสเรียกว่าพีระมิดฐานสี่เหลี่ยมจัตุรัส ฐานเป็นรูปสามเหลี่ยมเรียกว่าพีระมิดฐานสามเหลี่ยม
พีระมิดในบทนี้เป็นพีระมิดตรงทั้งหมด คือฐานเป็นรูปหลายเหลี่ยมด้านเท่ามุมเท่า และจุดยอดอยู่ตรงเหนือจุดศูนย์กลางของฐานพอดี หน้าข้างทุกหน้าจึงเป็นรูปสามเหลี่ยมหน้าจั่วที่เท่ากันทุกประการ
ในรูปมีความยาวสองค่าที่ต้องแยกให้ออก
- ความสูง ของพีระมิด คือระยะตั้งฉากจากจุดยอดลงไปถึงฐาน เส้นนี้อยู่ข้างในพีระมิด มองจากข้างนอกไม่เห็น
- สูงเอียง คือความสูงของหน้าข้างแต่ละหน้า วัดจากจุดยอดลงมาตั้งฉากกับขอบฐาน เส้นนี้อยู่บนผิวด้านนอก ถ้าเอาไม้บรรทัดทาบหน้าข้างก็วัดได้เลย
เส้นสองเส้นนี้กับส่วนของเส้นตรงจากจุดศูนย์กลางของฐานไปถึงจุดกึ่งกลางของขอบฐาน เป็นรูปสามเหลี่ยมมุมฉากที่มีสูงเอียงเป็นด้านตรงข้ามมุมฉาก สำหรับพีระมิดฐานสี่เหลี่ยมจัตุรัสยาวด้านละ ด้านที่อยู่บนฐานยาวครึ่งหนึ่งของด้านฐาน คือ จึงได้
ตัวอย่าง 1
พีระมิดฐานสี่เหลี่ยมจัตุรัสยาวด้านละ เซนติเมตร สูง เซนติเมตร มีสูงเอียงเท่าไร
- ด้านบนฐานของสามเหลี่ยมมุมฉากยาวครึ่งหนึ่งของด้านฐาน คือ เซนติเมตร
- เซนติเมตร
ลองคิดก่อน
เพื่อนหาสูงเอียงของพีระมิดในตัวอย่าง 1 ด้วย ได้ประมาณ เซนติเมตร เพื่อนพลาดตรงไหน
ดูคำตอบ
เพื่อนใช้ด้านฐานทั้งด้าน เซนติเมตร แต่สามเหลี่ยมมุมฉากวิ่งจากจุดศูนย์กลางของฐานไปถึงจุดกึ่งกลางของขอบฐานเท่านั้น ระยะนี้ยาวครึ่งหนึ่งของด้านฐาน คือ เซนติเมตร ตรวจได้อีกทางว่า ยาวเกินไป เพราะถ้าสูงเอียงยาวขนาดนั้น สามเหลี่ยมหน้าข้างที่มีฐานยาว ต้องสูงกว่านี้มาก ทั้งที่พีระมิดสูงแค่
สูงเอียงไม่ใช่ขอบข้าง ขอบข้างคือเส้นที่วิ่งจากจุดยอดลงไปที่มุมของฐาน ซึ่งยาวกว่าสูงเอียงเสมอ ขอบข้าง สูงเอียง และครึ่งหนึ่งของด้านฐาน เป็นสามเหลี่ยมมุมฉากอีกรูปหนึ่งบนหน้าข้าง โดยมีขอบข้างเป็นด้านตรงข้ามมุมฉาก
ตัวอย่าง 2
พีระมิดฐานสี่เหลี่ยมจัตุรัสยาวด้านละ เซนติเมตร ขอบข้างทุกเส้นยาว เซนติเมตร จงหาสูงเอียง และความสูงของพีระมิด
- บนหน้าข้าง ขอบข้างเป็นด้านตรงข้ามมุมฉาก ด้านประกอบมุมฉากคือสูงเอียงกับครึ่งหนึ่งของด้านฐาน เซนติเมตร
- ได้สูงเอียง เซนติเมตร
- ในพีระมิด ได้ความสูง เซนติเมตร
ตัวอย่าง 1 กับ 2 มีฐานเท่ากัน ตัวเลข กับ ก็ซ้ำกัน แต่ความหมายสลับที่กันหมด ก่อนแทนค่าให้ถามตัวเองทุกครั้งว่าตัวเลขนี้คือความสูง สูงเอียง หรือขอบข้าง
กรวย
นิยาม
กรวย (cone) คือรูปเรขาคณิตสามมิติที่มีฐานเป็นวงกลม มีจุดยอดหนึ่งจุดที่ไม่อยู่บนระนาบเดียวกับฐาน และมีผิวโค้งที่เกิดจากส่วนของเส้นตรงทุกเส้นที่ต่อจุดยอดกับจุดบนเส้นรอบวงของฐาน ถ้าส่วนของเส้นตรงที่ต่อจุดยอดกับจุดศูนย์กลางของฐานตั้งฉากกับฐาน เรียกว่ากรวยตรง
กรวยในบทนี้เป็นกรวยตรงทั้งหมด เช่น กรวยไอศกรีม กรวยจราจร หมวกวันเกิด ความยาวที่ใช้มีสามค่า คือรัศมีของฐาน ความสูง และสูงเอียง ซึ่งเป็นระยะจากจุดยอดไปถึงจุดใดก็ได้บนเส้นรอบวงของฐาน
ความสูง รัศมี และสูงเอียง เป็นสามเหลี่ยมมุมฉากที่มีสูงเอียงเป็นด้านตรงข้ามมุมฉาก ตรงกับเส้นขอบที่เห็นเมื่อมองกรวยจากด้านข้าง
สูงเอียงของกรวย
กรวยใช้รัศมีทั้งเส้น ไม่ต้องหารสองเหมือนพีระมิด เพราะรัศมีวัดจากจุดศูนย์กลางถึงขอบฐานอยู่แล้ว
ตัวอย่าง 3
กรวยจราจรมีฐานกว้าง เซนติเมตร สูง เซนติเมตร มีสูงเอียงเท่าไร ไม่นับแผ่นฐานสี่เหลี่ยมที่รองอยู่ข้างล่าง
- ฐานกว้าง เซนติเมตรคือเส้นผ่านศูนย์กลาง รัศมีจึงเป็น เซนติเมตร
- เซนติเมตร
ตัวอย่าง 4
หมวกวันเกิดทรงกรวยมีรัศมีของฐาน เซนติเมตร วัดจากปลายหมวกลงมาตามผิวหมวกถึงขอบได้ เซนติเมตร หมวกใบนี้สูงเท่าไร
- ระยะที่วัดตามผิวหมวกคือสูงเอียง เซนติเมตร ซึ่งเป็นด้านตรงข้ามมุมฉาก
- เซนติเมตร
ทรงกลม
นิยาม
ทรงกลม (sphere) คือรูปเรขาคณิตสามมิติที่ทุกจุดบนผิวอยู่ห่างจากจุดคงที่จุดหนึ่งเป็นระยะเท่ากัน จุดคงที่นั้นคือจุดศูนย์กลาง และระยะที่เท่ากันนั้นคือรัศมี ของทรงกลม
ตัดทรงกลมด้วยระนาบที่ผ่านจุดศูนย์กลาง จะได้สองชิ้นที่เท่ากัน แต่ละชิ้นเรียกว่าครึ่งทรงกลม (hemisphere) ชามแกง โดมของอาคาร และส้มที่ผ่าครึ่ง เป็นรูปครึ่งทรงกลม
ทรงกลมไม่มีฐาน ไม่มีความสูงหรือสูงเอียงให้สับสน ขนาดของมันบอกได้ด้วยรัศมีค่าเดียว สิ่งที่ต้องระวังมีอย่างเดียวคือโจทย์มักบอกขนาดลูกบอลเป็นเส้นผ่านศูนย์กลาง ต้องหารสองก่อนเสมอ
สรุป
- พีระมิดมีฐานเป็นรูปหลายเหลี่ยม หน้าข้างเป็นรูปสามเหลี่ยม กรวยมีฐานเป็นวงกลม ทั้งสองเรียวไปที่จุดยอดจุดเดียว
- ความสูงวัดตั้งฉากจากจุดยอดลงไปที่ฐาน สูงเอียงวัดบนผิวด้านนอก สูงเอียงยาวกว่าความสูงเสมอ
- พีระมิดฐานสี่เหลี่ยมจัตุรัส ใช้ครึ่งหนึ่งของด้านฐาน
- กรวย ใช้รัศมีทั้งเส้น
- ทรงกลมมีแค่รัศมี ระวังโจทย์ที่ให้เส้นผ่านศูนย์กลาง