Mathematics · الكتاب 1 · Grades 1–9

الرياضيات في المرحلتين الابتدائية والإعدادية

الرياضيات في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · Grades 1–9

35المكعبات والصناديق

لنغادر الصفحة المستوية: المجسّمات هي أشكال العالم الحقيقي — حجر النرد، وعلب الحبوب، والعلب المعدنية، والكرات. يتعلم هذا الفصل تسميتها، وعدّ أوجهها وأحرفها، ونشرها تصاميمَ مستوية، وقياس حجمها بعدّ المكعبات الصغيرة. (وصيغ الحجم تأتي في الفصل 43.)

35.1 عائلة المجسّمات

تعريف 35.1 (المجسّمات ومفرداتها)

المجسّم يشغل حيزًا. وجوانبه المستوية أوجه؛ وتلتقي الأوجه على أحرف؛ وتلتقي الأحرف في رؤوس. وصور العائلة:

  • المكعب: 66 أوجه مربعة، و 1212 حرفًا، و 88 رؤوس؛
  • والصندوق (متوازي المستطيلات): 66 أوجه مستطيلة، و 1212 حرفًا، و 88 رؤوس؛
  • والأسطوانة: وجهان قرصيان ووجه ملفوف (علبة معدنية)؛
  • والهرم: قاعدة مضلعة ومثلثات تلتقي في رأس؛
  • والكرة: سطح مستدير تمامًا، لا وجه له ولا حرف.
معرض المجسّمات. والخطوط المتقطعة تُظهر الأحرف المخفية — ظهر المجسّم، مرئيًّا من خلاله.
معرض المجسّمات. والخطوط المتقطعة تُظهر الأحرف المخفية — ظهر المجسّم، مرئيًّا من خلاله.

مثال 35.2 (العدّ على المكعب)

تحقّق على حجر نرد: 66 أوجه (الأعداد 11 إلى 66)، و 88 رؤوس (الأركان)، و 1212 حرفًا (مرِّر إصبعك عليها: 44 في الأعلى، و 44 في الأسفل، و 44 رأسية). و 6+8=12+26 + 8 = 12 + 2 — والنمط الغريب نفسه يصحّ للصندوق وللهرم (والمثال 62.2 تعود إليه).

35.2 التصاميم

تعريف 35.3 (التصميم)

تصميم المجسّم رسم مستوٍ لكل أوجهه، متصلة على الأحرف، ينطوي فيعطي المجسّم — أي المجسّم مفرودًا كصندوق كرتوني مبسوط لإعادة التدوير.

ثلاثة ترتيبات لستة مربعات. الأولان ينطويان فيعطيان مكعبًا؛ أما الثالث فلا — فعند الطيّ يقع مربعان على الوجه نفسه ويبقى المكعب مفتوحًا. قصّها وجرّب!
ثلاثة ترتيبات لستة مربعات. الأولان ينطويان فيعطيان مكعبًا؛ أما الثالث فلا — فعند الطيّ يقع مربعان على الوجه نفسه ويبقى المكعب مفتوحًا. قصّها وجرّب!

مثال 35.4 (قراءة تصميم)

في حجر النرد، مجموع الوجهين المتقابلين 77. وفي التصميم، الوجهان المتقابلان هما اللذان يفصل بينهما مربع واحد بالضبط في صفّ (أو حول ركن) — لا الجاران! وتعليم الأزواج على التصميم قبل الطيّ تمرين ممتاز في رؤية الفضاء مستويًا.

35.3 الحجم: عدّ المكعبات

تعريف 35.5 (الحجم بالعدّ)

حجم مجسّم مبنيّ من مكعبات واحدية هو عدد المكعبات التي يحتويها. والوحدة قد تكون المكعب السنتيمتري (سم3^3) أو المكعب المتري (م3^3).

مثال 35.6 (عدّ صندوق طبقةً طبقة)

صندوق طوله 44 مكعبات، وعرضه 33، وارتفاعه 22: الطبقة السفلى تسع 4×3=124 \times 3 = 12 مكعبًا، والطبقات 22:

12×2=24 مكعبًا.12 \times 2 = 24 \text{ مكعبًا} .

والعدّ بالطبقات ينجح دائمًا — وهو يبرهن ضمنًا الصيغة V=L×w×hV = L \times w \times h في الفصل 43.

صندوق 4 × 3 × 2 من المكعبات الواحدية، معدودًا طبقةً طبقة.
صندوق 4×3×24 \times 3 \times 2 من المكعبات الواحدية، معدودًا طبقةً طبقة.

مثال 35.7 (المكعبات نفسها، وأشكال مختلفة)

ثمانية مكعبات واحدية يمكن أن تبني مكعبًا 2×2×22 \times 2 \times 2، أو عصا 8×1×18 \times 1 \times 1، أو لوحًا 4×2×14 \times 2 \times 1: ثلاثة مجسّمات مختلفة، وحجم واحد (88 مكعبات). فالحجم يعدّ المادة، لا الشكل.

35.4 تمارين

تمرين 35.1

سمِّ شيئًا حقيقيًّا على شكل: مكعب؛ وصندوق؛ وأسطوانة؛ وكرة؛ وهرم.

حل

حل التمرين 35.1.

مثلًا: حجر النرد (مكعب)؛ وعلبة الحبوب (صندوق)؛ والعلبة المعدنية (أسطوانة)؛ وكرة القدم (كرة)؛ وبعض السقوف أو أهرام مصر (هرم).

تمرين 35.2

كم وجهًا وحرفًا ورأسًا للصندوق؟ وتحقّق من النمط الأوجه ++ الرؤوس == الأحرف +2+ 2.

حل

حل التمرين 35.2.

للصندوق 66 أوجه، و 1212 حرفًا، و 88 رؤوس — و 6+8=12+26 + 8 = 12 + 2. ✓

تمرين 35.3

أي أوجه الصندوق متطابقة؟ (اجمع الأوجه الستة أزواجًا.) وما الخاصّ في أوجه المكعب؟

حل

حل التمرين 35.3.

تأتي الأوجه الستة في ثلاثة أزواج من الأوجه المتقابلة المتطابقة (أعلى–أسفل، وأمام–خلف، ويسار–يمين). وفي المكعب، الأوجه الستة كلها مربعات متطابقة.

تمرين 35.4

اُرسم تصميمًا لمكعب طول ضلعه 22 سم (اِستعمل النموذج المتصالب في الفصل)، وقصّه واطوِه.

حل

حل التمرين 35.4.

التصميم المتصالب: أربعة مربعات من 22 سم في صفّ، وواحد فوق وواحد تحت المربع الثاني. وطيّ حلقة الأربعة يصنع الجوانب؛ والمربعان الزائدان يغلقان الأعلى والأسفل.

تمرين 35.5

على التصميم المتصالب لحجر نرد، ضع الأعداد 11 إلى 66 بحيث يكون مجموع الوجهين المتقابلين 77. (واِستعمل المثال 35.4 لإيجاد الأزواج المتقابلة أولًا.)

حل

حل التمرين 35.5.

على التصميم المتصالب (أربعة مربعات في صفّ، وواحد فوق وواحد تحت الثاني)، الأزواج المتقابلة هي: المربعان 11 و 33 من الصفّ؛ والمربعان 22 و 44 من الصفّ؛ والمربعان الأعلى والأسفل. وتسمية صحيحة: الصفّ =1,2,6,5= 1, 2, 6, 5؛ والأعلى =3= 3؛ والأسفل =4= 4 — فتكون 1+61{+}6 و 2+52{+}5 و 3+43{+}4 كلها 77.

تمرين 35.6

عُدّ المكعبات الواحدية: صندوق طوله 55، وعرضه 22، وارتفاعه 33؛ ومكعب طول ضلعه 33؛ وكومة على هيئة L مصنوعة من لوح 3×2×13 \times 2 \times 1 وفوقه لوح 1×2×11 \times 2 \times 1.

حل

حل التمرين 35.6.

الصندوق: 5×2=105 \times 2 = 10 في الطبقة، و 33 طبقات: 3030 مكعبًا. والمكعب: 3×3×3=273 \times 3 \times 3 = 27. والكومة L: 3×2×1=63 \times 2 \times 1 = 6 زائد 1×2×1=21 \times 2 \times 1 = 2: أي 88 مكعبات.

تمرين 35.7

يسع صندوق 1212 مكعبًا واحديًّا بالضبط في طبقة واحدة. أعطِ شكلين ممكنين للطبقة (L×wL \times w)، وأعطِ لكل منهما حجم الصندوق إن كانت فيه 33 طبقات كهذه.

حل

حل التمرين 35.7.

طبقات من 1212: مثلًا 4×34 \times 3 أو 6×26 \times 2 (أو 12×112 \times 1). ومع 33 طبقات، يكون الحجم 12×3=3612 \times 3 = 36 مكعبًا في كل الحالات.

تمرين 35.8

مع 2727 مكعبًا واحديًّا، أي مكعب تستطيع أن تبني؟ ومع 6464؟ (فكّر في عدّ الطبقات بالعكس.)

حل

حل التمرين 35.8.

27=3×3×327 = 3 \times 3 \times 3: مكعب طول ضلعه 33. و 64=4×4×464 = 4 \times 4 \times 4: مكعب طول ضلعه 44.

تمرين 35.9 ★★

مكعبات سكر طول ضلعها 11 سم تأتي في صندوق طوله 1010 سم، وعرضه 55 سم، وارتفاعه 44 سم (قياسات داخلية). فكم مكعب سكر يدخل فيه؟ وإذا استعملت أسرة 66 مكعبات في اليوم، فكم يومًا يكفيها الصندوق (قرِّب تقريبًا معقولًا)؟

حل

حل التمرين 35.9.

يسع الصندوق 10×5×4=20010 \times 5 \times 4 = 200 مكعب سكر. وبمعدل 66 في اليوم: 200=6×33+2200 = 6 \times 33 + 2، إذن يكفي الصندوق 3333 يومًا كاملًا (ويبقى 22 من المكعبات لصباح اليوم 3434).

تمرين 35.10 ★★

مكعب 3×3×33 \times 3 \times 3 دُهن بالأحمر من الخارج، ثم قُطع إلى 2727 مكعبًا واحديًّا. فكم مكعبًا صغيرًا عليه دهان على 33 أوجه بالضبط؟ وعلى 22؟ وعلى 11؟ وعلى لا شيء؟ (والتحقّق: مجموع الأعداد الأربعة يجب أن يكون 2727.)

حل

حل التمرين 35.10.

دهان على 33 أوجه: مكعبات الأركان 88. وعلى 22: أوساط الأحرف 1212: أي 1212 مكعبًا. وعلى 11: مراكز الأوجه 66: أي 66 مكعبات. وعلى لا شيء: المكعب المركزي المخفي الواحد: 11. والتحقّق: 8+12+6+1=278 + 12 + 6 + 1 = 27. ✓

المصطلحات المعرَّفة في هذا الفصل

عرض كل المصطلحات (395) في المسرد