Как найти площадь апофему треугольной пирамиды

Апофема правильной треугольной пирамиды: формула и пример задачи

При изучении характеристик пространственных фигур в курсе стереометрии большое внимание уделяется таким свойствам, как площадь и объем. В то же время знать линейные параметры фигур важно, чтобы иметь возможность рассчитать указанные свойства. В данной статье ответим на вопрос, как найти апофему пирамиды правильной треугольной.

Какая фигура будет рассмотрена?

Треугольная пирамида с правильным основанием представляет собой фигуру в пространстве, которая ограничена одним равносторонним треугольником (основание) и тремя равнобедренными треугольниками (боковые стороны). Чтобы иметь возможность более четко представить эту пирамиду, покажем ее на рисунке.

Вам будет интересно: Зазноба – это . Значение слова

Важной точкой любой пирамиды является ее вершина, которая не принадлежит основанию. Если опустить перпендикуляр из нее на основание, то его длина будет высотой фигуры. В дальнейшем будем обозначать высоту буквой h. Высота правильной пирамиды падает точно в геометрический центр треугольника (точка пересечения его медиан, а также биссектрис и высот). Вторым линейным параметром, который следует знать, является длина стороны основания треугольной пирамиды, то есть длина стороны равностороннего треугольника. Обозначим ее буквой a.

Треугольная пирамида имеет собственное название – тетраэдр. Тетраэдр не является чисто теоретической геометрической фигурой. Она также встречается в некоторых природных структурах. Так, в алмазе атом углерода соединен с четырьмя такими же атомами, которые образуют тетраэдр. Другой пример – это молекула метана, в которой углерод, соединенный с четырьмя атомами водорода, образует правильную треугольную пирамиду.

Формула апофемы пирамиды правильной треугольной

Перейдем непосредственно к вопросу статьи. Для треугольной пирамиды правильной апофемой называется любая из высот боковых треугольников, опущенная из вершины фигуры. Обозначим ее hb. Поскольку рассматриваемая фигура состоит из трех боковых треугольников, которые равны друг другу, то она имеет три одинаковых апофемы hb.

Определение длины апофемы не составляет большого труда. Предположим, что высота h и длина стороны a известны. Проводим высоту фигуры и рассматриваем треугольник прямоугольный, который находится внутри пирамиды и образован следующими сторонами:

• апофемой hb (гипотенуза);
• высотой h (один катет);
• 1/3 медианы m равностороннего треугольника (второй катет).

Длина медианы m треугольника в основании равна:

Пользуясь теоремой Пифагора, получаем формулу для длины апофемы hb:

Эта формула показывает, что длина апофемы hb для любых параметров треугольной пирамиды всегда больше ее высоты h.

Решение задачи на определение значения hb

Решим интересную задачу. Рассчитаем длину апофемы для тетраэдра, у которого все ребра равны друг другу.

Обозначим длину ребра буквой a. Она же является стороной треугольника в основании. Чтобы определить hb, необходимо найти h. Сделать это не сложно, если рассмотреть прямоугольный треугольник, образованный высотой h, ребром a и двумя третями медианы m. Получаем:

h = √(a2 – 4/9*m2) = √(a2 – 4/9*3/4*a2) = a*√(2/3)

Теперь применяем формулу для апофемы, получаем:

hb = √(a2/12 + h2) = √(a2/12 + 2/3*a2) = √3/2*a

Мы получили очевидный результат. Апофема правильной пирамиды треугольной равна длине медианы любого из равносторонних треугольников.

Апофема пирамиды. Формулы для апофемы правильной треугольной пирамиды

Пирамида – это пространственный полиэдр, или многогранник, который встречается в геометрических задачах. Основными свойствами этой фигуры являются ее объем и площадь поверхности, которые вычисляются из знания любых двух ее линейных характеристик. Одной из таких характеристик является апофема пирамиды. О ней пойдет речь в статье.

Фигура пирамида

Прежде чем приводить определение апофемы пирамиды, познакомимся с самой фигурой. Пирамида представляет собой многогранник, который образован одним n-угольным основанием и n треугольниками, составляющими боковую поверхность фигуры.

Всякая пирамида имеет вершину – точку соединения всех треугольников. Перпендикуляр, проведенный из этой вершины к основанию, называется высотой. Если высота пересекает в геометрическом центре основание, то фигура называется прямой. Пирамида прямая, имеющая равностороннее основание, называется правильной. На рисунке показана пирамида с шестиугольным основанием, на которую смотрят со стороны грани и ребра.

Апофема правильной пирамиды

Ее также называют апотемой. Под ней понимают перпендикуляр, проведенный из вершины пирамиды к стороне основания фигуры. По своему определению этот перпендикуляр соответствует высоте треугольника, который образует боковую грань пирамиды.

Поскольку мы рассматриваем пирамиду правильную с n-угольным основанием, то все n апофем для нее будут одинаковыми, поскольку таковыми являются равнобедренные треугольники боковой поверхности фигуры. Заметим, что одинаковые апофемы являются свойством правильной пирамиды. Для фигуры общего типа (наклонной с неправильным n-угольником) все n апофем будут разными.

Еще одним свойством апофемы пирамиды правильной является то, что она одновременно является высотой, медианой и биссектрисой соответствующего треугольника. Это означает, что она делит его на два одинаковых прямоугольных треугольника.

Треугольная пирамида и формулы для определения ее апофемы

В любой правильной пирамиде важными линейными характеристиками являются длина стороны ее основания, ребро боковое b, высота h и апофема h_b. Эти величины друг с другом связаны соответствующими формулами, которые можно получить, если начертить пирамиду и рассмотреть необходимые прямоугольные треугольники.

Правильная треугольная пирамида состоит из 4 треугольных граней, причем одна из них (основание) должна быть обязательно равносторонней. Остальные являются равнобедренными в общем случае. Апофему треугольной пирамиды можно определить через другие величины по следующим формулам:

Первое из этих выражений справедливо для пирамиды с любым правильным основанием. Второе выражение характерно исключительно для треугольной пирамиды. Оно показывает, что апофема всегда больше высоты фигуры.

Не следует путать апофему пирамиды с таковой для многогранника. В последнем случае апофемой называется перпендикулярный отрезок, проведенный к стороне многогранника из его центра. Например, апофема равностороннего треугольника равна √3/6*a.

Задача на вычисление апофемы

Пусть дана правильная пирамида с треугольником в основании. Необходимо вычислить ее апофему, если известно, что площадь этого треугольника равна 34 см 2 , а сама пирамида состоит из 4 одинаковых граней.

В соответствии с условием задачи мы имеем дело с тетраэдром, состоящим из равносторонних треугольников. Формула для площади одной грани имеет вид:

Откуда получаем длину стороны a:

Для определения апофемы h_b воспользуемся формулой, содержащей боковое ребро b. В рассматриваемом случае его длина равна длине основания, имеем:

Подставляя значение a через S, получим конечную формулу:

Мы получили простую формулу, в которой апофема пирамиды зависит только от площади ее основания. Если подставить значение S из условия задачи, то получим ответ: h_b ≈ 7,674 см.

Апофема делит сторону основания пополам. Все ли вы знаете о правильной пирамиде?

Для решения задач на обширную тему “Стереометрия” нужно выучить и разобрать очень много элементов и тонкостей, полностью изучить все свойства фигур, а также не забывать свойства всех фигур, которые включены в курс “Планиметрии”.

Среди задач по объемным фигурам очень часто встречается правильная пирамида, чтобы легко решать их, нужно хорошо с ней познакомиться. Пирамида называется правильной, если в ее основании лежит правильный многоугольник, а ее вершина спроецирована в центр основания. Как раз при изучении этого многоугольника вы услышите об апофеме.

Как вы уже поняли, в геометрии понятие апофемы – это широко распространенное явление. Невозможно узнать некоторые измерения пирамиды без знания этого. Само слово “апофема” – это пришедшее к нам из греческого языка явление, и переводится оно как “откладываю”.

Определение

В планиметрии апофема – перпендикуляр (как сам, так и его длина), который проведен к стороне правильного многоугольника из центра. В стереометрии апофема пирамиды – это высота в боковой грани, которая проведена к основанию. Используется только для правильных пирамид. Соответственно, апофема правильной треугольной пирамиды – это высота ее грани, которая представлена равнобедренным треугольником.

Какова роль апофемы

Апофема – это очень важный элемент пирамиды, потому что с ее помощью можно решить огромное количество задач. В частности, боковая поверхность правильной пирамиды равна полупроизведению периметра основания и апофемы грани.

S_бп = (P_осн*h)/2; h – апофема, это ее ключевая роль.

Не путайте с H (высота объемной фигуры в стереометрии).

Также, благодаря знанию апофемы, можно найти площадь грани как равнобедренного треугольника.

Свойства апофемы

Их мало, но все же их нужно помнить. В целом это следствия, вытекающие из определения. Итак, апофема в правильной пирамиде:

1. Опущена на сторону основания под углом 90 градусов.
2. Делит сторону, на которую опущена, пополам, так как является высотой в равнобедренном/равностороннем треугольнике и по совместительству – медианой.

В правильной пирамиде все апофемы равны, так как все ее боковые грани также одинаковые. При нахождении длины апофемы вам придется воспользоваться как свойствами многоугольника, так и свойствами многогранника. Как же найти числовое значение апофемы в правильной пирамиде?

Как найти апофему пирамиды

Ее можно найти, применяя все ранее полученные знания, вот всего лишь несколько примеров:

• Если известны боковое ребро и сторона основания. Так как апофема делит сторону основания пополам и образует с ней угол в 90 градусов, то найти ее из прямоугольного треугольника по теореме Пифагора вам не составит труда. Также можно найти апофему, используя знания соотношений в прямоугольном треугольнике.
• Если известен радиус вписанной окружности в основание правильной пирамиды и высота всей фигуры. Радиус, проведенный к точке касания, перпендикулярен касательной, и апофема перпендикулярна этой стороне основания (которая является касательной к вписанной окружности). Высота фигуры перпендикулярна основанию и попадает в центр окружности, вписанной в основание пирамиды. Следовательно, радиус и высота фигуры являются катетами и образуют прямой угол, а вместе с апофемой – прямоугольный треугольник. И опять же по теореме Пифагора или через соотношения в прямоугольном треугольнике вы легко найдете апофему.

• Также если дана площадь грани и известно основание.

В любом случае при нахождении апофемы вам придется вспоминать все основные законы и правила планиметрии. Если неизвестны какие-то элементы из этого списка, то вы можете оперировать данными параметрами, и, постепенно находя вышеописанные данные, найти апофему вам не составит труда. Надеемся, что наша статья помогла вам в освоении такой интересной темы.

[spoiler title=”источники:”]

http://fb.ru/article/442808/apofema-piramidyi-formulyi-dlya-apofemyi-pravilnoy-treugolnoy-piramidyi

http://autogear.ru/article/409/235/vse-li-vyi-znaete-o-pravilnoy-piramide-apofema—eto/

[/spoiler]

Пирамида является совершенной геометрической фигурой, форму которой можно встретить в некоторых предметах из нашей жизни, например, в магических амулетах. В данной статье рассмотрим, как найти площадь правильной треугольной пирамиды и приведем соответствующую формулу.

Треугольная пирамида или тетраэдр

В геометрии пирамидой называют такой геометрический объект, который состоит из n треугольников и одного n-угольника. Все треугольники пересекаются в точке, которая называется вершиной фигуры, а n-угольник является ее основанием. Не сложно догадаться, что название пирамиды определяется числом сторон n-угольника.

В соответствии с темой данной статьи, мы рассмотрим треугольную пирамиду. Ее n-угольным основанием является также треугольник. Поэтому такая пирамида состоит из 4 треугольных граней, каждую из которых можно рассматривать в качестве основания. У треугольной пирамиды 4 равноправных вершины и 6 ребер. Поскольку число сторон фигуры равно 4, то ее также называют тетраэдром. Для наглядности приведем изображение треугольной пирамиды:

На рисунке показан вид сверху на фигуру.

Правильная пирамида с треугольным основанием и ее развертка

В общем случае треугольником в основании может быть фигура произвольной формы. Однако если этим треугольником является равносторонняя фигура, и перпендикуляр, опущенный из вершины на основание, пересекает треугольник в его центре, тогда речь ведут о правильной пирамиде.

Правильная треугольная пирамида состоит из равностороннего треугольника, сторону которого обозначим буквой a, и трех равнобедренных треугольников, которые друг другу равны. При определенном соотношении высоты фигуры h и длины a равнобедренные треугольники могут стать равносторонними, тогда все четыре грани пирамиды будут равны между собой.

Для определения площади рассматриваемой фигуры проще всего выполнить ее развертку на плоскость. Рисунок ниже показывает, что представляет собой эта развертка.

Здесь показаны четыре треугольника, из которых равносторонний является основанием пирамиды, а три равнобедренных фигуры составляют ее боковую поверхность. Сумма площадей всех треугольников образует площадь правильной треугольной пирамиды.

Формула площади

Из курса планиметрии каждый школьник знает, как найти площадь треугольника. Для этого следует произвести такие вычисления:

S₃ = 1/2 * a * h_a.

Здесь a – основание треугольника, h_a – его высота (индекс a введен, чтобы отличать эту величину от высоты пирамиды h).

В случае равностороннего треугольника его высота равна:

h_a = √3/2 * a.

Тогда формула основания площади правильной треугольной пирамиды приобретает вид:

S₃ = 1/2 * a * √3/2 * a = √3/4 * a².

То есть для определения площади основания достаточно знать только длину его стороны.

Чтобы определить площадь боковой поверхности S_b, введем понятие апофемы пирамиды. Апофемой называют высоту любого из боковых треугольников, которая опущена из вершины пирамиды на сторону основания. Все апофемы в правильной пирамиде равны друг другу. Обозначим их длины символом h_b. Поскольку рассматриваемая пирамида состоит из трех боковых сторон, то площадь S_b вычисляется по формуле:

S_b = 3/2 * a * h_b.

Остается сделать последний шаг, чтобы записать формулу площади правильной треугольной пирамиды:

S = S₃ + S_b = √3/4 * a² + 3/2 * a * h_b.

Заметим, что площадь поверхности рассматриваемой геометрической фигуры определяется однозначно, если знать два линейных ее параметра (a и h_b).

Решение задачи

Высота основания правильной треугольной пирамиды равна 10 см. Высота же самой фигуры в два раза больше длины стороны основания. Чему равна площадь поверхности этой пирамиды?

Поскольку нам известно значение высоты основания и отношение между высотой фигуры с стороной равностороннего треугольника, то этой информации достаточно, чтобы ответить на вопрос задачи. В первую очередь определим сторону a и значение высота h, имеем:

h_a = √3/2 * a;

a = 2 * h_a / √3 = 11,547 см;

h = 2 * a = 23,094 см.

В параграфе выше была приведена формула для S, однако ей воспользоваться на данном этапе задачи мы не можем, поскольку мы не знаем апофему h_b. Последнюю несложно вычислить, если увидеть, что она является гипотенузой в прямоугольном треугольнике, катетами которого будут высота h и 1/3 высоты основания. Учитывая сказанное, получаем:

h_b = √(h² + (1/3 * h_a)²) = √(23,094² + (1/3 * 10)²) = 23,333 см.

Заметим, что значение h_b немного больше, чем высота h фигуры.

Мы нашли все параметры, которые стоят в формуле для S, теперь можно вычислить искомую площадь:

S = √3/4 * a² + 3/2 * a * h_b = √3/4 * 11,547² + 3/2 * 11,547 * 23,333 = 409,14 см².

Формула для S записана в таком виде, что позволяет отдельно определить площадь основания и боковой поверхности.

При изучении характеристик пространственных фигур в курсе стереометрии большое внимание уделяется таким свойствам, как площадь и объем. В то же время знать линейные параметры фигур важно, чтобы иметь возможность рассчитать указанные свойства. В данной статье ответим на вопрос, как найти апофему пирамиды правильной треугольной.

Какая фигура будет рассмотрена?

Треугольная пирамида с правильным основанием представляет собой фигуру в пространстве, которая ограничена одним равносторонним треугольником (основание) и тремя равнобедренными треугольниками (боковые стороны). Чтобы иметь возможность более четко представить эту пирамиду, покажем ее на рисунке.

Важной точкой любой пирамиды является ее вершина, которая не принадлежит основанию. Если опустить перпендикуляр из нее на основание, то его длина будет высотой фигуры. В дальнейшем будем обозначать высоту буквой h. Высота правильной пирамиды падает точно в геометрический центр треугольника (точка пересечения его медиан, а также биссектрис и высот). Вторым линейным параметром, который следует знать, является длина стороны основания треугольной пирамиды, то есть длина стороны равностороннего треугольника. Обозначим ее буквой a.

Треугольная пирамида имеет собственное название – тетраэдр. Тетраэдр не является чисто теоретической геометрической фигурой. Она также встречается в некоторых природных структурах. Так, в алмазе атом углерода соединен с четырьмя такими же атомами, которые образуют тетраэдр. Другой пример – это молекула метана, в которой углерод, соединенный с четырьмя атомами водорода, образует правильную треугольную пирамиду.

Формула апофемы пирамиды правильной треугольной

Перейдем непосредственно к вопросу статьи. Для треугольной пирамиды правильной апофемой называется любая из высот боковых треугольников, опущенная из вершины фигуры. Обозначим ее h_b. Поскольку рассматриваемая фигура состоит из трех боковых треугольников, которые равны друг другу, то она имеет три одинаковых апофемы h_b.

Определение длины апофемы не составляет большого труда. Предположим, что высота h и длина стороны a известны. Проводим высоту фигуры и рассматриваем треугольник прямоугольный, который находится внутри пирамиды и образован следующими сторонами:

• апофемой h_b (гипотенуза);
• высотой h (один катет);
• 1/3 медианы m равностороннего треугольника (второй катет).

Длина медианы m треугольника в основании равна:

m = √3/2*a

Пользуясь теоремой Пифагора, получаем формулу для длины апофемы h_b:

h_b = √((1/3*m)² + h²) =>

h_b = √(a²/12 + h²)

Эта формула показывает, что длина апофемы h_b для любых параметров треугольной пирамиды всегда больше ее высоты h.

Решение задачи на определение значения hb

Решим интересную задачу. Рассчитаем длину апофемы для тетраэдра, у которого все ребра равны друг другу.

Обозначим длину ребра буквой a. Она же является стороной треугольника в основании. Чтобы определить h_b, необходимо найти h. Сделать это не сложно, если рассмотреть прямоугольный треугольник, образованный высотой h, ребром a и двумя третями медианы m. Получаем:

h = √(a² – 4/9*m²) = √(a² – 4/9*3/ a²) = a*√(2/3)

Теперь применяем формулу для апофемы, получаем:

h_b = √(a²/12 + h²) = √(a²/12 + 2/3*a²) = √3/2*a

Мы получили очевидный результат. Апофема правильной пирамиды треугольной равна длине медианы любого из равносторонних треугольников.