جذع (رياضيات)

في الهندسة، جِذْع أو مجسم ناقص  هو جزء من مجسم (عادة هرم أو مخروط) يقطعه مستوى واحد أو مستويين متوازيين. قاعدته الأساسية مضلعة، وأوجهه الجانبية شبه منحرفة. الجذع القائم (right frustum) أو الهرم الناقص هو هرم منتظم أو مخروط منتظم  عموديًا على محوره.

إذا كانت كل حواف الجذع لها نفس الطول (شكل متساوي الأضلاع)، فهو منشور .

 في الرسومات الحاسوبية، هو هرم  يمثل منطقة ثلاثية الأبعاد على الشاشة. طريقة استبعاد الجذع "frustum culling" من طرق .

الجذع في صناعة الطيران، يكون على شكل مخروط مقطوع ويستخدم كغطاء للحمولة بين مرحلتين فيصاروخ متعدد المراحل (مثل ساتورن 5).

العناصر والحالات الخاصة والمفاهيم المتعلقة بها 

محور الجذع هو محور المخروط أو الهرم الأصلي. يكون الجذغ دائريًا إذا كانت قاعدته دائرية؛ ومنتظم إذا كان المحور عموديًا على كلتا القاعدتين، ومائل بخلاف ذلك.

ارتفاع الجذع هو المسافة العمودية بين مستوىات القاعدتين.

يمكن اعتبار المخروط والهرم حالات خاصة للجذع، حيث يمر أحد المستويات القاطعة عبر القمة (حيث تُمَثَّلْ القاعدة هنا بنقطة تقاطع المستوى مع نقطة رأس الهرم أو المخروط)، الجذع الهرمي هي فئة فرعية من المنشورات.

جذعان اثنان بقاعدتين متطابقتين متصلتين يصنعان .

الصيغ الرياضية

الحجم 
قدمت الرياضيات المصرية القديمة معادلة حجم الجذع الهرمي في بردية موسكو الرياضية، المكتوبة في الأسرة الثالثة عشر ():

 

حيث  هو طول ضلع القاعدة و هو طول ضلع السطح، و هو الارتفاع.

عرف المصريون الصيغة الصحيحة لحجم مثل هذا الهرم المربع المبتور، لكنها ظهرت بغير برهان في بردية موسكو.

حجم الجذع المخروطي أو الهرمي هو حجم الجسم قبل قطع «القمة»، مطروحًا منه حجم «القمة» المقطوعة هذه:

 

حيث  و هما مساحتي القاعدة والسطح، و و هما الارتفاعات العمودية من القمة لمستويات القاعدة والسطح.

مع الأخذ في الاعتبار أن

 

يمكن التعبير عن صيغة الحجم على أنها ثلث جداء النسبة  مع فرق مكعبات الارتفاعات  و فقط:

 

باستخدام المتطابقة  ، يحصل المرء على:

 

حيث  هو ارتفاع الجذع.

بتوزيع  والتعويض من تعريفها، نحصل على المتوسط الهيروني للمساحات  و :

 

لذا فإن الصيغة البديلة هي:

 

اشتهر هيرو السكندري باشتقاقه لهذه الصيغة ومعها واجه الوحدة التخيلية: الجذر التربيعي لسالب واحد.

للتحديد:

 حجم المخروط الدائري هو:

 
 حيث  و هما نصف قطر القاعدة والسطح.

 حجم الجذع الهرمي الذي تكون قواعده عبارة عن  -مضلع منتظم (حيث n تمثل عدد الضلوع) هو:

 
 حيث  و هما طولا ضلعي القاعدة والسطح.

مساحة السطح 

للجذع المخروطي الدائرية المنتظم

 

و

 

حيث r 1 وr 2 هما نصف قطر القاعدة والسطح على الترتيب، وs هو الارتفاع المائل للجذع.

مساحة سطح الجذع المنتظم الذي له قواعد من مضلعات عادية متشابهة وعدد جوانبها n هي

 

حيث a1 وa2 هما جانبي القاعدتين.

أمثلة 

 على ظهر ورقة الدولار النقدية الأمريكية، يظهر جذع هرمي مقابل لختم الولايات المتحدة العظيم، تعلوه عين العناية الإلهية.
 مركز جون هانكوك في شيكاغو، إلينوي هو عبارة عن جذع وقواعده مستطيلة.
 نصب واشنطن هو جذع هرمي ضيق مربع الشكل يعلوه هرم صغير.
 في الترجمة الإنجليزية لمجموعة القصص القصيرة لسنانيسواف ليم The Cyberiad، تدعي قصيدة الحب وجبر الموترات أن «كل جذع يتوق إلى أن يكون مخروطًا».
 الدلاء وأغطية المصابيح النموذجية هي أمثلة يومية على الجذوع المخروطية.

ملاحظات

مراجع

روابط خارجية 

 اشتقاق صيغة لحجم جذع هرمي ومخروط (Mathalino.com)
 
 

متعددات السطوح
منشوريات متعددة السطوح