פריסה של תיבה וקובייה

איך "פותחים" תיבה ופורסים אותה על השולחן? זיהוי פאות, פריסות קובייה, וקודקודים מתלכדים

lightbulbפתיחה - אתגר הקרטון

בכל יום נשלחות בעולם מעל מיליארד קופסאות קרטון. כולן התחילו כפריסה שטוחה, נחתכו ממכונה, ונקפלו לתיבה. איך יודעים להפוך פריסה לתיבה? ואיך יודעים שהפריסה "תקינה"? המודול הזה יחשוף את הסוד. אפילו נחקור את 11 הפריסות השונות של הקובייה - לא 10, לא 12, בדיוק 11.

open-boxמהתלת-ממד לדו-ממד

דמיינו שלוקחים קופסת קרטון וחותכים אותה לאורך חלק מהמקצועות, ואז פותחים ושוטחים אותה על השולחן. מה שמתקבל נקרא פריסה - ציור דו-ממדי (שטוח) שמייצג את כל הפאות של התיבה.
פריסה היא כלי חשוב להבנת מבנה התיבה ולחישוב שטח הפנים. היא גם בסיס לבניית תיבות מנייר!
1
מה נלמד?
מהי פריסה ואיך מזהים פריסה תקינה
2
פאות
זיהוי פאות סמוכות ונגדיות בפריסה
3
קובייה
11 פריסות הקובייה וקודקודים מתלכדים
4
סימולציה
צפו בקיפול פריסה לתיבה בזמן אמת

mapאיך נלמד את זה בלי להתבלבל?

נבנה את הרעיון בהדרגה, מהכי מוחשי להכי מופשט:

  1. קודם נזהה פריסה אחת פשוטה ונקפל אותה.
  2. אחר כך נבדיל בין פאות סמוכות לפאות נגדיות.
  3. רק אחרי שהקיפול ברור, נדבר על פריסות קובייה שונות.
  4. בסוף נבדוק איך מזהים פריסה תקינה גם בלי לגזור נייר.

open-boxמהי פריסה?

פריסה של תיבה היא ציור דו-ממדי (שטוח) שמתקבל כשחותכים את התיבה לאורך חלק מהמקצועות ופורסים אותה על משטח. הפריסה כוללת את כל 6 הפאות של התיבה, מחוברות זו לזו לאורך מקצועות משותפים.

הגדרה: פריסה של תיבה היא סידור שטוח של שש הפאות שלה, כך שאם נקפל אותן לאורך הקפלים - נקבל בחזרה את התיבה המקורית.

open-boxמקפלים פריסה לתיבה - סימולציה

הזיזו את המחוון בסימולציה מ-0% (פריסה שטוחה) ל-100% (תיבה סגורה) וצפו איך הפאות מסתדרות במרחב. שימו לב איזו פאה הופכת לאיזו.

טוען סימולציה...

geometryפאות סמוכות ופאות נגדיות

לפני שנסתכל על פריסות, בואו נבין שני מושגים חשובים:

balance-scaleסמוכות מול נגדיות

areaפאות סמוכות

שתי פאות שחולקות מקצוע משותף. הן נמצאות "ליד" זו את זו בתיבה.

דוגמה: הפאה העליונה והפאה הקדמית חולקות מקצוע - הן סמוכות.

areaפאות נגדיות

שתי פאות שנמצאות בצדדים מנוגדים של התיבה. הן לא חולקות אף מקצוע או קודקוד.

דוגמה: הפאה העליונה והפאה התחתונה - הן נגדיות.

לכל פאה יש 4 פאות סמוכות ופאה נגדית אחת בלבד.

open-boxדוגמה: פריסה בצורת צלב

נסתכל על פריסה טיפוסית של תיבה. בפריסה, שש הפאות מסודרות בצורה שטוחה. אחת הדרכים הנפוצות היא בצורת "צלב":

פריסה בצורת צלב עם 6 פאות ממוספרות

מיפוי הפאות לתיבה לאחר קיפול: A=אחורית, B=שמאלית, C=תחתונה (פאת המרכז), D=ימנית, E=קדמית, F=עליונה. כל אות בפריסה מסומנת במרכז הריבוע המתאים.

open-boxתיאור הפריסה בצורת צלב

נסמן את הפאות באותיות:

[A]
[B] [C] [D]
[E]
[F]

כשנקפל את הפריסה:
- C תהיה הפאה התחתונה
- A תהיה הפאה האחורית
- E תהיה הפאה הקדמית
- B תהיה הפאה השמאלית
- D תהיה הפאה הימנית
- F תהיה הפאה העליונה (מתהפכת מעל)

פאות נגדיות: A ו-E, B ו-D, C ו-F

lightbulbאיך מזהים פאות נגדיות בפריסה?

זה אחד הנושאים המאתגרים ביותר בפרק! הנה כמה טיפים:

lightbulbכללים לזיהוי פאות נגדיות בפריסה

כדי לזהות פאות נגדיות בפריסה, דמיינו את הקיפול:

  1. פאות נגדיות לעולם לא סמוכות בפריסה (לא חולקות צלע)
  2. בפריסת "צלב" - הפאה שמעל ומתחת לפאה המרכזית הן לא נגדיות (הן סמוכות!)
  3. ספרו: בין שתי פאות נגדיות תמיד יש פאה אחת ביניהן
  4. אם לא בטוחים - חתכו פריסה מנייר וקפלו!

mathsחשיבות הפריסה

למה פריסות חשובות?

area

הבנת שטח הפנים

כשפורסים תיבה, רואים את כל 6 הפאות בבירור. אפשר למדוד ולחשב את שטח כל פאה, ולחבר - וזה שטח הפנים!

open-box

בנייה מנייר

רוצים לבנות תיבה מקרטון? שרטטו פריסה, חתכו, קפלו והדביקו! בתעשייה כך מייצרים קופסאות.

cubeפריסות של קובייה

קובייה היא מקרה פרטי מעניין: כל 6 הפאות הן ריבועים חופפים. זה נותן לנו הרבה דרכים שונות לפרוס אותה.

עובדה: לקובייה יש בדיוק 11 פריסות שונות (שאינן חופפות זו לזו, גם לא על ידי סיבוב או שיקוף).

cubeכמה פריסות נפוצות של קובייה

cubeפריסות קובייה

צורת צלב (+)

שורה אנכית של 4 ריבועים, ועוד ריבוע מכל צד של הריבוע השני מלמעלה.

צורת T

שורה אופקית של 4 ריבועים, ועוד 2 ריבועים מתחת לריבוע הימני.

צורת L

שורה של 4 ריבועים, ועוד 2 ריבועים מתחת לריבוע הימני.

מדרגות

3 ריבועים בשורה, ומתחת - עוד 3 ריבועים מוסטים הצדה.

alert-triangleפריסה לא תקינה

לא כל סידור של 6 ריבועים הוא פריסה תקינה של קובייה! פריסה תקינה היא כזו שכשמקפלים אותה מתקבלת קובייה ללא חפיפה.

alert-triangleדוגמה לפריסה לא תקינה

שתי שורות של 3 ריבועים זו מעל זו (מלבן של

[X] [X] [X]
[X] [X] [X]

זה 6 ריבועים, אבל לא פריסה תקינה - כשמנסים לקפל, חלק מהפאות חופפות ואי אפשר לקבל קובייה.

geometryקודקודים מתלכדים

כשפורסים קובייה, קודקוד אחד של הקובייה המקורית עשוי להופיע בכמה מקומות בפריסה. כשמקפלים חזרה, כל ההופעות האלה מתלכדות לנקודה אחת.

זה הגיוני: בפריסה, כל פאה "מופרדת" מהפאות האחרות, ולכן קודקוד שהיה משותף לכמה פאות מופיע עכשיו כמה פעמים.

geometryדוגמה: קודקודים מתלכדים בפריסת צלב

בפריסה:
[1]
[2] [3] [4]
[5]
[6]

הקודקוד השמאלי-עליון של ריבוע [3] יתלכד עם:
- הקודקוד התחתון-ימני של [1]
- הקודקוד הימני-עליון של [2]

כל שלושת הנקודות האלה הן אותו קודקוד בקובייה המקורית!

lightbulbאיך למצוא קודקודים מתלכדים?

הדרך הטובה ביותר: חתכו פריסה מנייר, סמנו נקודה באחד הקודקודים, וקפלו. ראו איפה הנקודה נוגעת - שם הקודקוד המתלכד!

  1. שרטטו את הפריסה על נייר
  2. סמנו קודקוד אחד בצבע בולט
  3. קפלו את הפריסה לקובייה
  4. בדקו אילו קודקודים נוגעים באותה נקודה

mathsזיהוי פריסות תקינות

איך בודקים אם סידור של 6 ריבועים הוא פריסה תקינה של קובייה?

check-circle

תנאים הכרחיים

  1. יש בדיוק 6 ריבועים
  2. הריבועים מחוברים צלע-לצלע
  3. אין חפיפה בין ריבועים
  4. כל הריבועים מחוברים (חתיכה אחת)
maths

בדיקה מעשית

  1. שרטטו על נייר
  2. חתכו את הפריסה
  3. נסו לקפל לקובייה
  4. אם מתקפלת ללא חפיפה - תקינה!

pencilתרגילים

pencilתרגיל 1: חישוב משטח פריסה

בסיסי

פריסה של קובייה במקצוע 4 ס"מ - מה שטח הפריסה (סך כל הריבועים בפריסה)?

pencilתרגיל 2: פריסת תיבה

בינוני

פריסה של תיבה בממדים 3, 4, 5. מה שטח הפריסה?

pencilתרגיל 3: זיהוי פאות נגדיות

בינוני

בפריסת צלב של קובייה, הריבוע המרכזי מסומן C. ריבוע שמעל C מסומן A, וריבוע מתחת ל-C מסומן E. האם A ו-E נגדיות?

thinking-faceשאלה לחשיבה

בפריסה של תיבה (לא קובייה) עם ממדים 3×4×5, האם שתי הפאות הגדולות () יכולות להיות סמוכות בפריסה?

כן! בפריסה, הפאות יכולות להיות סמוכות אם חולקות מקצוע. שתי הפאות בגודל הן נגדיות בתיבה, אבל הן יכולות להיות מחוברות בפריסה אם הפריסה מסודרת כך שיש ביניהן רצף של קיפולים.

thinking-faceשאלה לחשיבה

למה דווקא 11 פריסות לקובייה? למה לא 10 או 12?

זו תוצאה של חישוב קומבינטורי. מתמטיקאים הוכיחו שמכלל הסידורים האפשריים של 6 ריבועים מחוברים צלע-לצלע, יש 35 צורות. מתוכן, רק 11 מתקפלות לקובייה. השאר - נסו לקפל! תגלו שתמיד יש חפיפה או חלק שנשאר פתוח. הוכחה מלאה דורשת בדיקה שיטתית של כל המקרים.

mathsפעילות: בנו ובדקו פריסות!

open-boxפעילות מעשית

קחו ארגז קרטון ישן ובצעו את המשימות:

  1. פרקו את הארגז בזהירות לפריסה (חתכו לאורך מקצועות).
  2. שרטטו את הפריסה על נייר.
  3. סמנו זוגות של פאות נגדיות באותו צבע.
  4. בדקו: אילו פאות סמוכות בתיבה נשארו סמוכות גם בפריסה?
  5. אתגר: האם אתם יכולים לפרוס את הארגז בדרך אחרת?
  6. סופר אתגר: נסו למצוא את כל 11 הפריסות של קובייה מ-6 ריבועי נייר

מתמטיקאים הוכיחו שיש בדיוק 11 פריסות שונות לקובייה (ללא חפיפות מסיבוב או שיקוף). זה מספר לא גדול ולא קטן - מספיק כדי להיות מעניין, אבל לא מדי כדי שלא נוכל לספור.

סיווג כללי לפי "שדרה" (סדרת ריבועים הארוכה ביותר):

  • שדרה של 4: 6 פריסות (כולל צורת הצלב)
  • שדרה של 3: 4 פריסות (כמו צורת L ומדרגות)
  • שדרה של 2: 1 פריסה (שתי שורות זיגזג)

סה"כ: 6 + 4 + 1 = 11 פריסות. האם אתם יכולים למצוא את כולן? קחו 6 ריבועים מנייר ונסו למצוא את כל הדרכים.

אם לקובייה ב-3 ממדים יש 11 פריסות (ל-2 ממדים), כמה פריסות יש לטסרקט - קובייה ב-4 ממדים? התשובה: 261 פריסות שונות! כל פריסה היא "תיבה של תיבות" - סידור של 8 קוביות שמתקפל לטסרקט בארבעה ממדים. אחת הפריסות האלה היא זו המפורסמת מהציור של סלבדור דאלי: Crucifixion (Corpus Hypercubus) מ-1954.

שאלה 1 מתוך 10

מה שטח הפריסה של קובייה במקצוע 5 ס"מ?