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棱台
2020-04-04 16:47:29

棱台是几何学中研究的一类多面体,指一个棱锥被平行于它的底面的一个平面所截后,截面与底面之间的几何形体。截面也称为棱台的上底面,原来棱锥的底面称为下底面。随着棱锥形状不同,棱台的称呼也不相同,依底面多边形而定,例如底面是正方形的棱台称为方棱台,底面为三角形的棱台称为三棱台,底面为五边形的棱台称为五棱台等等。棱台是平截头体的一类,也是更广义的拟柱体的一种。

从棱锥的定义可以推知,一个以.mw-parser-output .serif{font-family:Times,serif}n边形为底面的棱台,一共有2n个顶点,n+2个面以及3n条边。棱锥的对偶多面体是双锥。棱锥的对称性取决于原来棱锥。如果原来的棱锥是正棱锥,那么棱台和正多边形有相同的对称结构(同构的对称群)。

棱台的体积取决于两底面之间的距离(棱台的高),以及原来棱锥的体积。设 h {\displaystyle h} 为棱台的高, S u {\displaystyle S_{u}} 和 S d {\displaystyle S_{d}} 为棱台的上下底面积, V {\displaystyle V} 为棱台的体积。由于棱台是由一个平面截去棱锥的一部分(也就是和原来棱锥相似的一个小棱锥)得到,所以计算体积的时候,可以先算出原来棱锥的体积,再减去和它相似的小棱锥的体积。棱锥被平行于底面的平面所截时,截面的面积与底面面积的比,等于小棱锥和原棱锥的高的比的平方。假设原棱锥的高是 H {\displaystyle H} ,那幺小棱锥的高是 H − h {\displaystyle H-h} 。也就是说:

所以:

棱台的体积等于原棱锥体积减去小棱锥的体积:

对于正棱锥,假设它的底面是正n边形,边长分别为a和b,高是h,那么底面积是: S u = n a 2 4 cot ⁡ π n , S u = n b 2 4 cot ⁡ π n . {\displaystyle S_{u}={\frac {na^{2}}{4}}\cot {\frac {\pi }{n}},\quad S_{u}={\frac {nb^{2}}{4}}\cot {\frac {\pi }{n}}.} 所以它的体积是:

棱台的侧面展开图是由各个梯形侧面组成的,展开图的面积,就是各个侧面的面积之和,也就是原棱锥的侧面积减去小棱锥的侧面积Sc

棱台的表面积等于棱台的侧面积Sc加上底面积S。假设各个梯形侧面的高是hi,底边的长度是ai和bi,那么棱锥的侧面积:

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