Позиционные задачи

Содержание

Слайд 2

Позиционными задачами называют такие, в которых определяется взаимное расположение геометрических фигур

Позиционными задачами называют такие, в которых определяется взаимное расположение геометрических фигур

в пространстве

Существует три типа позиционных задач:
1. Взаимный порядок геометрических фигур.
2. Взаимная принадлежность геометрических фигур.
3. Взаимное пересечение геометрических фигур.

Слайд 3

Взаимное пересечение геометрических фигур Две геометрические фигуры, пересекаясь, дают общий элемент:

Взаимное пересечение геометрических фигур

Две геометрические фигуры, пересекаясь,
дают общий элемент:
Прямая

с прямой - точку (а ∩ b ⇒ К).
Прямая с плоскостью - точку (а ∩ Σ ⇒ К).
Прямая с поверхностью - одну или несколько точек
(а ∩ Δ ⇒ К, М ...).
Плоскость с плоскостью - прямую линию (Σ ∩ Г ⇒ а).
Плоскость с поверхностью - плоскую кривую или плоскую ломаную (Σ ∩ Δ ⇒ m).
Поверхность с поверхностью - пространственную кривую или несколько пространственных кривых, которые, в свою очередь, могут состоять из плоских кривых или плоских ломаных (Δ ∩ Λ ⇒ m).
Слайд 4

Из всего многообразия этих задач выделяются две общие задачи, которые называют

Из всего многообразия этих задач выделяются две общие задачи, которые называют

главными позиционными задачами:

Первая главная позиционная задача (1 ГПЗ) - пересечение линии с поверхностью.
Вторая главная позиционная задача (2 ГПЗ) - взаимное пересечение двух поверхностей.

Слайд 5

При решении 2 ГПЗ сначала необходимо выяснить, что будет являться общим

При решении 2 ГПЗ сначала необходимо выяснить, что будет являться общим

элементом у двух пересекающихся поверхностей.

а) Пересекаются два многогранника - общий элемент есть пространственная ломаная линия, состоящая из отдельных звеньев

Слайд 6

б) Пересекаются многогранник с кривой поверхностью (например, тор с пирамидой). Общий

б) Пересекаются многогранник с кривой поверхностью (например, тор с пирамидой). Общий

элемент - пространственная кривая линия, состоящая из отдельных звеньев.

в) Пересекаются две кривые поверхности (например, сфера с конусом). Общий элемент - пространственная кривая линия.

Слайд 7

Далее необходимо определить количество общих элементов пересекающихся поверхностей. Определяется оно в зависимости от характера пересечения поверхностей.

Далее необходимо определить количество общих элементов пересекающихся поверхностей.

Определяется оно в

зависимости от характера пересечения поверхностей.
Слайд 8

Характер пересечения поверхностей

Характер пересечения поверхностей

Слайд 9

Такой характер пересечения, когда одна из поверхностей насквозь пронзает другую, называется

Такой характер пересечения, когда одна из поверхностей насквозь пронзает другую, называется

чистое проницание.

В этом случае линий пересечения две (на рис. это m и n).

Слайд 10

Когда очерки поверхностей касаются в одной точке, является частным случаем проницания.

Когда очерки поверхностей касаются в одной точке, является частным случаем

проницания. Линий пересечения две (m и n), но с одной общей точкой (А).
Слайд 11

Когда одна из поверхностей "вдавливается" в другую, называется вмятие. В этом

Когда одна из поверхностей "вдавливается" в другую, называется вмятие. В этом

случае линия пересечения одна (на рис. это - m).
Слайд 12

Решение главных позиционных задач. 3 случая. 3 алгоритма. Здесь имеет место

Решение главных позиционных задач. 3 случая. 3 алгоритма.

Здесь имеет место З

случая:
обе пересекающиеся фигуры занимают проецирующее положение. Задачи решаются по первому алгоритму.
одна из пересекающихся фигур - проецирующая, другая – непроецирующая. Задачи решаются по второму алгоритму.
обе пересекающиеся фигуры - непроецирующие. Задачи решаются по третьему алгоритму.
Слайд 13

Фигуры могут занимать проецирующее положение. Таковыми являются: прямая, плоскость, а из

Фигуры могут занимать проецирующее положение.

Таковыми являются: прямая, плоскость, а из

всех известных нам поверхностей проецирующее положение могут занимать только призматическая поверхность (частный случай - призма) и цилиндрическая поверхность (частный случай - прямой круговой цилиндр).
Слайд 14

Главными проекциями у них являются: у прямой а - точка а1,

Главными проекциями у них являются: у прямой а - точка а1,

у плоскости Σ - прямая Σ1, у призмы Δ - треугольник Δ1, у цилиндра Г - окружность Г1 (в общем случае - замкнутая или разомкнутая кривая). Главные проекции проецирующих фигур обладают "собирательными" свойствами
Слайд 15

Решение задач в случае, когда обе пересекающиеся фигуры занимают проецирующее положение.

Решение задач в случае, когда обе пересекающиеся фигуры занимают проецирующее положение.

1 алгоритм

Задача : Найти проекции точки пересечения горизонтально-проецирующей плоскости Σ(m || n) с фронтально-проецирующей прямой а.

Слайд 16

Алгоритм: Так как в пересечении участвует прямая линия (а), то это

Алгоритм: Так как в пересечении участвует прямая линия (а), то это

- первая главная позиционная задача. Обе пересекающиеся фигуры - проецирующие относительно разных плоскостей проекций. Решение начинаем с фронтальной проекции.
Слайд 17

Выполним краткую алгоритмическую запись вышеизложенного: Σ(m || n) ∩ а =

Выполним краткую алгоритмическую запись вышеизложенного:

Σ(m || n) ∩ а = К;

1 ГПЗ,
1 алгоритм.
1. К ∈ а, а ⊥⊥ П2 ⇒ К2 = а2.
2. К ∈ а, К ∈ Σ, Σ ⊥⊥ П1 ⇒ К1 = Σ1 ∩ а1.
Слайд 18

Таким образом, решение 1 ГПЗ по первому алгоритму заключается в следующем:

Таким образом, решение 1 ГПЗ по первому алгоритму заключается в следующем:
Проекции

общего элемента на чертеже уже присутствуют. Они совпадают с главными проекциями проецирующих фигур. Решение сводится к их нахождению и обозначению.
Слайд 19

Вторую главную позиционную задачу решим в соответствии с рассмотренным алгоритмом. Задача:

Вторую главную позиционную задачу решим в соответствии с рассмотренным алгоритмом.

Задача: найти

проекции линии пересечения горизонтально проецирующего цилиндра Ф с фронтально проецирующей призмой Г
Слайд 20

Алгоритм: Пересекаются две поверхности, это - 2 ГПЗ. Вначале анализируем, что

Алгоритм: Пересекаются две поверхности, это - 2 ГПЗ. Вначале анализируем, что

должно получиться в результате пересечения. Так как характер пересечения - вмятие, то общим элементом должна быть одна пространственная линия - m.
Слайд 21

Алгоритмическая запись будет выглядеть следующим образом: Ф ∩ Г = m;

Алгоритмическая запись будет выглядеть следующим образом: Ф ∩ Г = m; 2

ГПЗ, 1 алгоритм. m∈ Г, Г ⊥⊥ П2 ⇒ m2 = Г2 m ∈ Φ, Φ ⊥⊥ П1 ⇒ m1 = Φ1
Слайд 22

Проанализируем, из чего состоит линия пересечения m. Как мы уже предполагали,

Проанализируем, из чего состоит линия пересечения m.

Как мы уже предполагали,

это пространственная линия. Она состоит из двух плоских кривых а и b, получающихся от пересечения цилиндра двумя гранями призмы, которые на рис. обозначены плоскостями Σ и Λ.
Слайд 23

Плоскость Λ(Λ2) - это горизонтальная плоскость уровня. Она параллельна окружности основания

Плоскость Λ(Λ2) - это горизонтальная плоскость уровня. Она параллельна окружности основания

цилиндра, поэтому она пересечёт цилиндр Ф тоже по окружности. Плоскость Σ(Σ2) - фронтально проецирующая и пересечёт цилиндр Ф по эллипсу.
Слайд 24

Проекции общего элемента на чертеже уже есть. Они совпадают с главными

Проекции общего элемента на чертеже уже есть. Они совпадают с главными

проекциями проецирующих фигур. Если совпадение только частичное, то находят границы общей части. Решение сводится к их нахождению и обозначению.
Слайд 25

Решение задач в случае, когда одна из пересекающихся фигур проецирующая, вторая - непроецирующая. 2 алгоритм

Решение задач в случае, когда одна из пересекающихся фигур проецирующая, вторая

- непроецирующая.


2 алгоритм

Слайд 26

Задача: Найти проекции точки пересечения плоскости общего положения Σ(m || n) с фронтально проецирующей прямой а.

Задача: Найти проекции точки пересечения плоскости общего положения Σ(m || n)

с фронтально проецирующей прямой а.
Слайд 27

Алгоритм: Решение начинаем, с фронтальной проекции. Фронтальная проекция точки пересечения К2

Алгоритм: Решение начинаем, с фронтальной проекции. Фронтальная проекция точки пересечения К2

совпадёт с фронтальной проекцией прямой а2, так как а2 - точка.
Слайд 28

Горизонтальную проекцию точки пересечения К1 будем находить её по признаку принадлежности плоскости Σ.

Горизонтальную проекцию точки пересечения К1 будем находить её по признаку принадлежности

плоскости Σ.
Слайд 29

Следующим этапом необходимо определить видимость прямой а на горизонтальной проекции. Для этого воспользуемся методом конкурирующих точек.

Следующим этапом необходимо определить видимость прямой а на горизонтальной проекции. Для

этого воспользуемся методом конкурирующих точек.
Слайд 30

Выполним краткую алгоритмическую запись решения: Σ(m || n) ∩ a =

Выполним краткую алгоритмическую запись решения:
Σ(m || n) ∩ a = K;

1 ГПЗ, 2 алгоритм
1. К ∈ a , а ⊥⊥ П2 ⇒ К2 =а2.
2. К1 ∈ Σ, К ∈12, 12 ⊂ Σ ⇒ К1 = а1 ∩ 1121.
Слайд 31

Рассмотрим ещё одну задачу: Пересекаются прямая общего положения а с поверхностью

Рассмотрим ещё одну задачу: Пересекаются прямая общего положения а с поверхностью

горизонтально проецирующего цилиндра Г. Найти проекции точек пересечения.
Слайд 32

Алгоритмическая запись решения: Г ∩ а = М, N, 1 ГПЗ,

Алгоритмическая запись решения: Г ∩ а = М, N, 1 ГПЗ, 2

алгоритм. М, N ∈ Г, Г ⊥⊥ П1 ⇒ M1, N1 = Г1 ∩ а1. М, N ∈ a ⇒ M2 ,N2 ∈ a2.
Слайд 33

Решение задач по 2 алгоритму сводится к следующему: Выделяют из двух

Решение задач по 2 алгоритму сводится к следующему:

Выделяют из двух

заданных фигур проецирующую и отмечают её главную проекцию .
Ставят обозначение той проекции искомого общего элемента, которая совпадает с главной проекцией проецирующей фигуры. Если совпадение только частичное, то находят границы общей части.
Вторую проекцию общего элемента находят по условию его принадлежности непроецирующей фигуре.
Определяют видимость проекций общих элементов и пересекающихся фигур.
Слайд 34

Решение 2 ГПЗ по 2 алгоритму рассмотрим на примере конических сечений.

Решение 2 ГПЗ по 2 алгоритму рассмотрим на примере конических сечений.


При пересечении конуса различными плоскостями можно получить прямые линии, кривые второго порядка и, как вырожденный случай, точку.
Слайд 35

Две образующие получатся в сечении, если плоскость, пересекая конус, проходит через его вершину

Две образующие получатся в сечении, если плоскость, пересекая конус, проходит через

его вершину
Слайд 36

Частным случаем такого вида пересечения конуса плоскостью является такое положение, при

Частным случаем такого вида пересечения конуса плоскостью является такое положение, при

котором плоскость Λ проходит через ось i конуса ( Λ1 совпадает с плоскостью фронтального меридиана).
Слайд 37

Окружность получится в сечении, если плоскость, пересекая конус, параллельна окружности основания

Окружность получится в сечении, если плоскость, пересекая конус, параллельна окружности основания

n, а значит, перпендикулярна оси i конуса.
Слайд 38

Эллипс получится в сечении, если плоскость не перпендикулярна оси конуса и пересекает все его образующие

Эллипс получится в сечении, если плоскость не перпендикулярна оси конуса и

пересекает все его образующие
Слайд 39

Парабола получится в сечении, если плоскость, пересекая конус, проходит параллельно только одной его образующей

Парабола получится в сечении, если плоскость, пересекая конус, проходит параллельно только

одной его образующей
Слайд 40

Гипербола получится в сечении, если плоскость при пересечении с конусом параллельна одновременно двум образующим конуса

Гипербола получится в сечении, если плоскость при пересечении с конусом параллельна

одновременно двум образующим конуса
Слайд 41

Рассмотрим ещё одну задачу на пересечение поверхностей, из которых одна проецирующая,

Рассмотрим ещё одну задачу на пересечение поверхностей, из которых одна проецирующая,

вторая - непроецирующая.
Задача: Построить линию пересечения сферы Σ и горизонтально проецирующей призмы Г
Слайд 42

Алгоритм: 2 ГПЗ, 2 алг. Алгоритм: 2 ГПЗ, 2 алг. 1.

Алгоритм: 2 ГПЗ, 2 алг.

Алгоритм: 2 ГПЗ, 2 алг.
1. Вначале определяем,

что должно получиться в результате пересечения. Характер пересечения - частный случай вмятия, с одной общей точкой. Призма - трёхгранная, значит можно рассматривать пересечение сферы тремя отдельными плоскостями: Δ, Φ и Λ. Следовательно, линией пересечения является пространственная линия, состоящая из трёх плоских кривых второго порядка: двух дуг эллипсов (Σ ∩ Φ = a, Σ ∩ Λ = b) и одной дуги окружности (Σ ∩ Δ = с).
2. Поскольку поверхность призмы – горизонтально проецирующая, то горизонтальная линия пересечения совпадает с Г1.
3. Фронтальную проекцию линии пересечения сферы с любой из плоскостей, например, Ф, строим по принадлежности сфере. a ⊂ Σ ⇒ а2 ⊂ Σ2.
Слайд 43

Построения начинаем с характерных точек: 1, 2, 3, 4, 5, 6,

Построения начинаем с характерных точек: 1, 2, 3, 4, 5, 6,

7. Промежуточные точки, находим по принадлежности параллелям сферы. Определяем видимости.
Слайд 44

Построения начинаем с характерных точек: 1, 2, 3, 4, 5, 6,

Построения начинаем с характерных точек: 1, 2, 3, 4, 5, 6,

7. Промежуточные точки, находим по принадлежности параллелям сферы. Определяем видимости.
Слайд 45

4. Аналогично строим линию пересечения сферы с плоскостью Λ(: b ⊂ Σ ⇒ b2 ⊂ Σ2.

4. Аналогично строим линию пересечения сферы с плоскостью Λ(: b ⊂

Σ ⇒ b2 ⊂ Σ2.
Слайд 46

Результат пересечения сферы Σ с плоскостью Δ - окружность с которая

Результат пересечения сферы Σ с плоскостью Δ - окружность с которая

расположена за плоскостью фронтального меридиана, следовательно, с2 ⊂ Σ2 - невидимая.
Слайд 47

Общий результат решения задачи с учётом видимости поверхностей:

Общий результат решения задачи с учётом видимости поверхностей:

Слайд 48

Алгоритм: Σ ∩ Г = а, b, с. Г ⊥⊥ П1.

Алгоритм: Σ ∩ Г = а, b, с. Г ⊥⊥ П1.

2 ГПЗ, 2 алгоритм.
1. Г ⊥⊥ П1 ⇒ а1, b1, с1 = Г1.
2. а2, b2, с2 ⊂ Σ.
Слайд 49

Решение задач в случае, когда обе пересекающиеся фигуры - непроецирующие. 3 алгоритм

Решение задач в случае, когда обе пересекающиеся фигуры - непроецирующие.
3

алгоритм
Слайд 50

В данном случае задача усложняется тем, что на чертеже нет главной

В данном случае задача усложняется тем, что на чертеже нет главной

проекции ни у одной из пересекающихся фигур. Поэтому для решения таких задач специально вводят вспомогательную секущую поверхность-посредник, которая пересекает обе фигуры, выявляя общие точки.

Эта поверхность-посредник может быть проецирующей, и тогда решение задачи можно свести ко 2 алгоритму, или непроецирующей (например, сфера - посредник). Решение первой и второй ГПЗ рассмотрим отдельно.

Слайд 51

Решение 1ГПЗ

Решение 1ГПЗ

Слайд 52

Задача: Найти точку пересечения плоскости Г(АВС) с прямой а. Определить видимость прямой

Задача: Найти точку пересечения плоскости Г(АВС) с прямой а. Определить видимость

прямой
Слайд 53

1 Алгоритм: Возьмём плоскость-посредник Σ так, чтобы она включала в себя

1 Алгоритм: Возьмём плоскость-посредник Σ так, чтобы она включала в себя

прямую а и была бы проецирующей, например, относительно П1. Тогда Σ1 совпадёт с а1
Слайд 54

2. Пересекаем проецирующую плоскость Σ с плоскостью общего положения АВС, результатом

2. Пересекаем проецирующую плоскость Σ с плоскостью общего положения АВС, результатом

будет прямая m. Задачу решаем по 2 алгоритму: m1 совпадает с Σ1, m2 находим по принадлежности плоскости АВС. m =12 ⇒ m2 = 1222.
Слайд 55

3. m2, пересекаясь с а2, даёт нам точку К2 ⇒ К1.

3. m2, пересекаясь с а2, даёт нам точку К2 ⇒ К1. 4.

Видимость прямой а определяем методом конкурирующих точек
Слайд 56

Выполним краткую алгоритмическую запись решения задачи: Г(АВС) ∩ а = К.

Выполним краткую алгоритмическую запись решения задачи:

Г(АВС) ∩ а = К.
1

ГПЗ, 3 алгоритм.
Σ - плоскость-посредник,
Σ ⊃ а, Σ ⊥⊥ П1 ⇒ Σ1= а1;
2. Σ ∩ Г = m. 2 ГПЗ, 2 алгоритм. Σ ⊥⊥ П1 ⇒ m1 = Σ1; m2 ⊂ Г
m2 ∩ а2 = К2 ⇒ К1.
Слайд 57

Такой алгоритм решения приемлем для нахождения точек пересечения любой поверхности с

Такой алгоритм решения приемлем для нахождения точек пересечения любой поверхности с

прямой линией. Разница заключается в форме линии m, которая является результатом пересечения плоскости-посредника с заданной поверхностью и зависит от вида поверхности.

В рассмотренном примере m - это прямая линия. Если вместо плоскости Г(АВС) возьмём, например, сферу, то линия m будет являться окружностью, которая может проецироваться на какую-либо плоскость проекций в виде эллипса, если с прямой пересекается многогранник, то m - это плоский многоугольник и т.д.

Слайд 58

Задача: Найти точки пересечения пирамиды Г(SABC) с прямой а. Определить видимость прямой.

Задача: Найти точки пересечения пирамиды Г(SABC) с прямой а. Определить видимость

прямой.
Слайд 59

1. Через прямую а проведём плоскость-посредник Σ, проецирующую относительно П2 . Σ2 = а2

1. Через прямую а проведём плоскость-посредник Σ, проецирующую относительно П2 .

Σ2 = а2
Слайд 60

4. Определяем видимость прямой на обеих проекциях. Невидимый участок прямой расположен между точками К и Р.

4. Определяем видимость прямой на обеих проекциях. Невидимый участок прямой расположен

между точками К и Р.
Слайд 61

Алгоритм решения: Г(SABC) ∩ a = K ,P. 1 ГПЗ, 3

Алгоритм решения:

Г(SABC) ∩ a = K ,P. 1 ГПЗ, 3 алгоритм.
1.

Σ - плоскость-посредник,
Σ ⊃ а, Σ ⊥⊥ П2 ⇒ Σ2 = a2
2. Σ ∩ Г = m(123). 2 ГПЗ, 2 алг.
Σ ⊥⊥ П2 ⇒ m2(12,22,32) = Σ2;
m1(11,21,31) ⊂ Г
3. m1(11,21,31) ∩ а1 = К1, Р1 ⇒ К2, Р2.
Слайд 62

Решение 2ГПЗ (в случае пересечения непроецирующих фигур) Рассмотрим алгоритм решения на пространственной модели

Решение 2ГПЗ (в случае пересечения непроецирующих фигур) Рассмотрим алгоритм решения на пространственной

модели
Слайд 63

Алгоритм решения 1. Ф ∩ Δ = m; 2ГПЗ, 3 алгоритм

Алгоритм решения

1. Ф ∩ Δ = m; 2ГПЗ, 3 алгоритм .
2.

Отмечаем очевидные точки пересечения - М и Р.
3. Вводим плоскость-посредник Σ (как правило - проецирующую.)
4. Σ ∩ Ф = а; Σ ∩ Δ = b;
5. а ∩ b = K.
6. Для построения линии m нужно найти такое количество точек, которое определяет данную линию. Для этого вводим несколько плоскостей-посредников.
7. Определяем видимость линии пересечения m и поверхностей.
Слайд 64

Задача: Построить линию пересечения конуса Ф со сферой Δ

Задача: Построить линию пересечения конуса Ф со сферой Δ

Слайд 65

Построения начинаем с характерных точек, не требующих дополнительных построений для их нахождения.

Построения начинаем с характерных точек, не требующих дополнительных построений для их

нахождения.
Слайд 66

3. Все остальные точки находим одинаково: задаём плоскость-посредник Σ .

3. Все остальные точки находим одинаково: задаём плоскость-посредник Σ .

Слайд 67

4. Видимость горизонтальной проекции линии пересечения определяют точки А и А',

4. Видимость горизонтальной проекции линии пересечения определяют точки А и А',

лежащие в плоскости экватора с сферы . На П1 они принадлежат окружности с1.
Слайд 68

5. Крайние левые точки В и В' находим в плоскости Σ

5. Крайние левые точки В и В' находим в плоскости Σ

', проходящей через точку встречи левой очерковой образующей конуса с перпендикуляром, проведённым из точки пересечения оси конуса с плоскостью экватора сферы
Слайд 69

Конечный результат построений с учётом видимости линии пересечения и самих поверхностей приведен на рис.

Конечный результат построений с учётом видимости линии пересечения и самих поверхностей

приведен на рис.
Слайд 70

Алгоритмическая запись решения: Ф ∩ Δ = m. 2ГПЗ, 3 алгоритм

Алгоритмическая запись решения:

Ф ∩ Δ = m. 2ГПЗ, 3 алгоритм .
1.

Точки М и Р ∈ Ω ⇒ М2; Р2 ⇒ М1; Р1.
2. Σ - плоскость-посредник; Σ || П1,
3. Σ ∩ Ф = а ⇒ а1; Σ ∩ Δ = b ⇒ b1; b1 ∩ a1 = K1; K1' ⇒ K2; K2'.
4. Аналогично строим остальные точки: m1 ⇒ m2.
5. Видимость m относительно П1: точки А, А' ∈ с.
Слайд 71

Частные случаи пересечения поверхностей вращения второго порядка Пересечение соосных поверхностей вращения

Частные случаи пересечения поверхностей вращения второго порядка

Пересечение соосных поверхностей вращения


Слайд 72

Две соосные поверхности вращения пересекаются по окружностям, плоскости которых перпендикулярны оси

Две соосные поверхности вращения пересекаются по окружностям, плоскости которых перпендикулярны оси

вращения: Г ∩ Δ = m; n - окружности
Слайд 73

Если центр сферы находится на оси поверхности вращения, то сфера пересечёт

Если центр сферы находится на оси поверхности вращения, то сфера пересечёт

эту поверхность по окружностям, плоскости которых перпендикулярны оси вращения: Ф ∩ Λ = m; n - окружности .
Слайд 74

Теорема Монжа Если две поверхности вращения второго порядка описаны около третьей

Теорема Монжа

Если две поверхности вращения второго порядка описаны около третьей поверхности

вращения второго порядка, или вписаны в неё, то линия их пересечения распадается на две плоские кривые второго порядка. Причём, плоскости кривых проходят через прямую, соединяющую точки двойного соприкосновения.