Как найти сумму площадей всех граней пирамиды

Геометрия, 10 класс

Урок № 15. Пирамида

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

• Понятие пирамиды;
• Виды пирамид;
• Элементы пирамиды: вершина, ребра, грани, основание;
• Площадь боковой поверхности и полной поверхности пирамиды.

Глоссарий по теме

Пирамида – многогранник, составленный из n-угольника и n треугольников

Основание пирамиды – грань пирамиды, являющаяся n-угольником

Вершина пирамиды – общая точка всех треугольников, лежащих в боковых гранях.

Боковая грань – грань пирамиды, являющаяся треугольником

Боковые ребра – общие отрезки боковых граней

Высота – перпендикуляр, опущенный из вершины пирамиды на ее основание

Апофема – высота боковой грани правильной пирамиды

Правильная пирамида – пирамида, в основании которой лежит правильный многоугольник, а отрезок, соединяющий вершину и центр основания пирамиды, является высотой

Усеченная пирамида – многогранник, образованный двумя n-угольниками, расположенными в параллельных плоскостях (нижнее и верхнее основание) и n-четырехугольников (боковые грани).

Площадь полной поверхности пирамиды – сумма площадей всех граней пирамиды

Площадь боковой поверхности пирамиды – сумма площадей боковых граней пирамиды

Основная литература:

Потоскуев Е.В., Звавич Л. И. Геометрия. 11кл.: учеб. Для классов с углубл. и профильным изучением математики общеобразоват. Учреждений.. – М.: Дрофа, 2009. – 368 с.: ил. (117 с. – 121 с.)

Атанасян Л. С., Бутузов В. Ф., Кадомцев С. Б. и др. Математика: алгебра и начала математического анализа, геометрия. Геометрия. 10–11 классы : учеб. Для общеобразоват. организаций : базовый и углубл. уровни – М. : Просвещение, 2014. – 255 с. (65 с. – 68 с.)

Открытые электронные ресурсы:

Многогранники.ru – сайт о создании моделей многогранников из бумаги https://www.mnogogranniki.ru/

Образовательный портал «Решу ЕГЭ». https://mathb-ege.sdamgia.ru/test?theme=177

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Определение пирамиды

Рассмотрим многоугольник A₁A₂…A_n и точку Р, не лежащую в плоскости этого многоугольника (рис.1). Соединив точку Р с вершинами многоугольника, получим n треугольников: PA₁A₂, PA₂A₃,…, PA_nA₁.

Многогранник, составленный из n-угольника A₁A₂…A_n и n треугольников, называется пирамидой. Многоугольник A₁A₂…A_n называется основанием, а треугольники PA₁A₂, PA₂A₃,…, PA_nA₁ – боковые грани пирамиды, отрезки PA₁, PA₂,…, PA_n – боковые ребра пирамиды, точка Р – вершина пирамиды. Пирамиду с основанием A₁A₂…A_n и вершиной Р называют n-угольной пирамидой и обозначают PA₁A₂…A_n.

Рисунок 1 – пирамида

Высота пирамиды

Перпендикуляр, проведенный из вершины пирамиды к плоскости основания, называется высотой пирамиды. На рисунке 1 PH является высотой. Обратите внимание, что высота может лежать и вне пирамиды (рис. 3) или быть одним из боковых ребер (рис. 4).

Рисунок 3 – высота вне пирамиды

Рисунок 4 – Высота пирамиды – боковое ребро

Правильная пирамида

Будем называть пирамиду правильной, если ее основание – правильный многоугольник, а отрезок, соединяющий вершину пирамиды с центром основания, является ее высотой. Напомним, что центром правильного многоугольника называется центр вписанной в него (или описанной около него) окружности (рис.5).

Рисунок 5 – Правильная пирамида

Правильная пирамида обладает несколькими хорошими свойствами. Давайте выясним, какими.

Рассмотрим правильную пирамиду PA₁A₂…A_n (рис. 5).

Пусть О – центр описанной около основания окружности, тогда РО – высота пирамиды, значит РО перпендикулярен любой прямой, лежащей в плоскости основания. Таким образом, высота РО перпендикулярна радиусам А₁О, А₂О,…А_nО.

Образованные высотой и радиусами треугольники являются прямоугольными. Причем, эти треугольники имеют общий катет – РО и равные катеты А₁О, А₂О,…А_nО (равны как радиусы). Значит, треугольники РОА₁, РОА₂,…РОА_n равны по двум катетам, значит равны гипотенузы PA_{1 ,} РA₂… РA_n, которые являются боковыми ребрами правильной пирамиды.

Боковые ребра пирамиды равны, значит боковые грани – равнобедренные треугольники. Основания этих треугольников равны друг другу, так как в основании лежит правильный многоугольник. Следовательно, боковые грани равны по третьему признаку равенства треугольников.

Таким образом, верны следующие утверждения:

• Все боковые ребра правильной пирамиды равны.
• Боковые ребра правильной пирамиды являются равными равнобедренными треугольниками.

Введем еще одно определение. Апофемой называется высота боковой грани правильной пирамиды, проведенная из ее вершины. На рисунке 5 PE – одна из апофем.

Все апофемы правильной пирамиды равны друг другу как высоты в равных треугольниках.

Усеченная пирамида

Возьмем произвольную пирамиду PA₁A₂…A_n и проведем секущую плоскость β, параллельную плоскости основания пирамиды α и пересекающую боковые ребра в точках В₁,В₂,…В_n (рис. 6). Плоскость β разбивает пирамиду на два многогранника. Многогранник, гранями которого являются n-угольники A₁A₂…A_n и В₁В₂…В_n (нижнее и верхнее основания соответственно), расположенные в параллельных плоскостях и n четырехугольников A₁A₂B₂B₁, A₂A₃B₃B₂, … A₁A_nB_nB₁ (боковые грани), называется усеченной пирамидой.

Рисунок 6 – Усеченная пирамида

Отрезки A₁B₁, A₂B₂, … A_nB_n называют боковыми ребрами усеченной пирамиды.

Усеченную пирамиду с основаниями A₁A₂…A_n и В₁В₂…В_n обозначают следующим образом: A₁A₂…A_nВ₁В₂…В_n.

Перпендикуляр, проведенный из какой-нибудь точки одного основания к плоскости другого основания называется высотой усеченной пирамиды. На рисунке 7 отрезки HH₁ и В1O –высоты усеченной пирамиды.

Рисунок 7 – Высота усеченной пирамиды

Площадь поверхности пирамиды

Площадью полной поверхности пирамиды называются сумма площадей всех ее граней, а площадью боковой поверхности пирамиды – сумма площадей ее боковых граней.

Для пирамиды, верно равенство S_полн= S_бок+S_осн.

Докажем теорему для площади боковой поверхности правильной пирамиды.

Теорема. Площадь боковой поверхности правильной пирамиды равна половине произведения периметра основания на апофему.

Для площади боковой поверхности усеченной пирамиды верна следующая теорема

Теорема. Площадь боковой поверхности правильной усеченной пирамиды равна произведению полусуммы периметров оснований на апофему.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля

Задание 1. В пятиугольной пирамиде все боковые грани равны между собой. Площадь основания равна 42, а площадь боковой грани на 15 меньше. Чему равна площадь полной поверхности пирамиды?

Решение

Поскольку в пирамиде все боковые грани равны, то и площади их будут равны. Знаем, что площадь боковой грани на 15 меньше площади основания, значит она равна 27. В пятиугольной пирамиде боковых граней 5. Таким образом площадь полной поверхности равна 27*5+42 = 177.

Ответ: 177

Задание 2. В правильной пирамиде высота боковой грани равна 10, а в основании лежит квадрат со стороной 4. Чему равна площадь боковой поверхности?

Решение

Боковая грань пирамиды – это треугольник. Все боковые грани этой пирамиды равны между собой, так как пирамида правильная. Вычислим площадь треугольника: ½*4*10=20. В основании пирамиды лежит квадрат, значит боковых граней будет 4. Таким образом, площадь боковой поверхности равна 4* 20=80.

Ответ: 80

Напомним,
что пирамида – это многогранник, в основании которого лежит –угольник,
а остальные  граней
– треугольники с общей вершиной.

Многоугольник
 называется
основанием пирамиды.

Треугольники
,
,
…,  называются
боковыми гранями пирамиды.

Точка
 –
вершиной пирамиды, а отрезки ,
,
…,  –
её боковыми рёбрами.

Отрезок,
соединяющий вершину пирамиды с плоскостью её основания и перпендикулярный к
этой плоскости, называется высотой пирамиды.

Пирамиду
с вершиной  и
основанием  называют
-угольной
пирамидой и обозначают так: .

Диагональное
сечение – это сечение пирамиды плоскостью, которая проходит
через два боковых ребра, не принадлежащих одной грани.

Объединение
боковых граней называется боковой поверхностью пирамиды, а объединение
всех граней называется полной поверхностью пирамиды.

Тогда
площадью боковой поверхности пирамиды называется сумма площадей её
боковых граней.

А
площадью полной поверхности пирамиды называется сумма площадей всех её
граней.

Объём
пирамиды равен:

.

Пирамида,
в зависимости от того, какой многоугольник лежит в основании, имеет своё
название.

Пирамида
называется правильной, если её основанием является правильный
многоугольник, а все боковые рёбра равны.

Отрезок,
соединяющий вершину пирамиды с центром основания, является её высотой.

Высота
боковой грани правильной пирамиды, проведённая из её вершины к ребру основания,
называется апофемой.

Выше
изображена правильная пирамида.  –
одна из её апофем. Все апофемы правильной пирамиды равны друг другу.

Отметим
некоторые свойства правильной -угольной
пирамиды.

1.
В правильной -угольной
пирамиде все боковые рёбра равны между собой.

2.
Боковые рёбра равно наклонены к основанию.

3.
Из равенства боковых рёбер пирамиды следует и равенство её боковых граней.

4.
Боковые грани равно наклонены к основанию.

5.
Вершина проектируется в центр основания (основание высоты совпадает с центром
основания).

6.
Площадь боковой поверхности правильной пирамиды равна:

.

7.
Объём правильной четырёхугольной пирамиды со стороной основания  и
высотой  равен:

.

Параллельное
сечение пирамиды – сечение пирамиды плоскостью,
параллельной основанию.

Параллельное
сечение пирамиды обладает следующими свойствами:

1.
сечение, параллельное основанию пирамиды, отсекает на высоте пирамиды и боковых
рёбрах пропорциональные отрезки;

2.
в сечении получается многоугольник, подобный основанию;

3.
площади сечения и основания относятся как квадраты их расстояний до вершины.

Усечённая
пирамида – это часть пирамиды, заключённая между основанием и
параллельным сечением пирамиды.

Основания
усечённой пирамиды – подобные многоугольники, лежащие в параллельных
плоскостях.

Боковые
грани усечённой пирамиды – трапеции.

Высота
усечённой пирамиды – это перпендикуляр, опущенный из любой точки верхнего
основания на плоскость нижнего.

Площадь
полной поверхности усечённой пирамиды равна сумме площади
боковой поверхности и площадей двух оснований.

Объём
усечённой пирамиды равен разности объёмов полной и отсечённой пирамиды, или его
ещё можно вычислить по следующей формуле:

.

Правильная
усечённая пирамида получается из правильной пирамиды.

Апофема
– высота боковой грани правильной усечённой пирамиды.

Площадь
боковой поверхности правильной усечённой пирамиды равна:

.

Основные
моменты мы с вами повторили, а теперь давайте перейдём к практической части занятия.

Задача
первая. Дана треугольная пирамида, боковые рёбра которой
взаимно перпендикулярны и равны  см,
 см
и  см.
Найдите площадь боковой поверхности пирамиды.

Решение.

Задача
вторая. Дана правильная четырёхугольная пирамида со стороной
основания  см
и высотой  см.
Найдите площадь полной поверхности пирамиды.

Решение.

Задача
третья. Найдите высоту правильной усечённой треугольной
пирамиды ,
если стороны её оснований равны  см
и  см,
а боковое ребро равно  см.

Решение.

Задача
четвёртая. В пирамиде  боковое
ребро  перпендикулярно
основанию и равно ребру .
Треугольник  –
прямоугольный с катетами  см
и  см.
Найдите объём пирамиды.

Решение.

Задача
пятая. Найдите объём правильной треугольной пирамиды с
ребром основания, равным  см,
и боковым ребром, равным  см.

Решение.

Полная площадь боковой поверхности пирамиды состоит из суммы площадей его боковых граней.

В четырехугольной пирамиде различается два вида граней – четырехугольник в основании и треугольники с общей вершиной, которой образуют боковую поверхность.
Для начала потребуется рассчитать площадь боковых граней. Для этого можно использовать формулы площади треугольника, а можно также воспользоваться формулой площади поверхности четырехугольной пирамиды (только в случае, если многогранник правильный). Если пирамида правильная и в ней известна длина ребра a основания и проведенной к нему апофемы h, то:

Если по условиям даны длина ребра c правильной пирамиды и длина стороны основания a, то можно найти значение по следующей формуле:

Если же дана длина ребра в основании и противолежащий ей острый угол у вершины, то можно рассчитать площадь боковой поверхности по соотношению квадрата стороны a к удвоенному косинусу половины угла α:

Рассмотрим пример расчета площади поверхности четырехугольной пирамиды через боковое ребро и сторону основания.

Задача: пусть дана правильная четырехугольная пирамида. Длина ребра b = 7 см, длина стороны основания a = 4 см. Подставим заданные значения в формулу:

Мы показали расчеты площади одной боковой грани для правильной пирамиды. Соответственно. Чтобы найти площадь всей поверхности необходимо умножить результат на количество граней, то есть на 4. Если пирамида произвольная и ее грани не равны между собой, то рассчитать площадь необходимо для каждой отдельной стороны. Если в основании лежит прямоугольник или параллелограмм, то стоит вспомнить их свойства. Стороны у этих фигур попарно параллельны, а соответственно грани пирамиды будут также попарно одинаковы.
Формула площади основания четырехугольной пирамиды напрямую зависит от того, какой четырехугольник лежит в основании. Если пирамида правильная, то площадь основания рассчитывается по формуле площади квадрата, если в основании лежит ромб, то потребуется вспомнить, как находится площадь ромба. Ели же в основании лежит прямоугольник, то найти его площадь будет довольно просто. Достаточно знать длины сторон основания. Рассмотрим пример расчета площади основания четырехугольной пирамиды.

Задача: Пусть дана пирамида, в основании которой лежит прямоугольник со сторонами a = 3 см, b = 5 см. К каждой из сторон из вершины пирамиды опущена апофема. h-a=4 см,h-b=6 см. Вершина пирамиды лежит на одной линии с точкой пересечения диагоналей. Найдите полную площадь пирамиды.
Формула площади четырехугольной пирамиды состоит из суммы площадей всех граней и площади основания. Для начала найдем площадь основания:


Теперь рассмотрим грани пирамиды. Они попарно одинаковы, потому что высота пирамиды пересекает точку пересечения диагоналей. То есть, в нашей пирамиде есть два треугольника с основанием a и высотой h-a, а также два треугольника с основанием b и высотой h-b. Теперь найдем площадь треугольника по известной формуле:


Теперь выполним пример расчета площади четырехугольной пирамиды. В нашей пирамиде с прямоугольником в основании, формула будет выглядеть так:

Пирамидой называется многогранник, одна грань которого (основание) – многоугольник, а остальные грани (боковые) – треугольники, имеющие общую вершину (вершину пирамиды) – точку пересечения отрезков (боковых ребер), соединяющих ее с вершинами основания.

Пирамида является многогранником.

Высотой пирамиды называется перпендикуляр, опущенный из ее вершины на плоскость основания.

В зависимости от многоугольника, являющегося основанием, пирамида может быть:

• треугольной (тетраэдром, или четырехгранником),

• четырехугольной,

• пятиугольной,

• шестиугольной и т.д., n-угольной.

Пирамида называется правильной, если в основании лежит правильный многоугольник, а ее высота проходит через центр основания. Все боковые ребра правильной пирамиды равны; все боковые грани – равнобедренные треугольники.

Высота боковой грани правильной пирамиды называется апофемой. Тело, ограниченное сечением, проведенным в пирамиде параллельно основанию, основанием пирамиды, и заключенной между ними боковой поверхностью, называется усеченной пирамидой.

Пирамида – многогранник, в основании которого n − угольник, а остальные n граней – треугольники с общей вершиной.

Объем пирамиды V вычисляется по формуле : $V = frac{1}{3}SH$ , где S – площадь основания пирамиды, H – высота пирамиды.

Правильная пирамида – пирамида, основанием которой является правильный многоугольник, а высота пирамиды проходит через центр основания.

Свойства правильной пирамиды:

• Боковые рёбра правильной пирамиды равны.

• Боковые грани правильной пирамиды являются равными равнобедренными треугольниками.

Усеченная пирамида – это часть пирамиды, заключенная между основанием и секущей плоскостью, параллельной основанию.

Объем усеченной пирамиды вычисляется по формуле : $V = frac{1}{3} H( S_1 + S_2 + sqrt{S_1 cdot S_2} )$ , где H – высота усеченной пирамиды, S₁ и S₂ – площади ее оснований.

Вершина пирамиды – общая вершина всех боковых граней.

Боковые рёбра –стороны боковых граней, не лежащие в основании пирамиды.

Высота пирамиды – перпендикуляр, проведённый из вершины пирамиды к плоскости основания.

Площадь полной поверхности пирамиды – сумма площадей всех её граней.

Площадь боковой поверхности пирамиды – сумма площадей её боковых граней.

---

---

---

---

---

---

Как найти площадь пирамиды

Пирамида – сложное геометрическое тело. Оно образовано плоским многоугольником (основание пирамиды), точкой, не лежащей в плоскости этого многоугольника (вершина пирамиды) и всех отрезков, которые соединяют точки основания пирамиды с вершиной. Как же найти площадь пирамиды?

Вам понадобится

• линейка, карандаш и бумага

Инструкция

Площадь боковой поверхности любой пирамиды равна сумме площадей её боковых граней.

Т.к. все боковые грани пирамиды треугольники, то надо найти сумму площадей всех этих треугольников. Площадь треугольника вычисляется путем умножения длины основания треугольника на длину его высоты.

Основанием пирамиды является многоугольник. Если данный многоугольник поделить на треугольники, то площадь многоугольника просто вычислить как сумму площадей получившмхся при делении треугольников по уже известной нам формуле.

Найдя сумму площадей боковой поверхности пирамиды и основания пирамиды, можно найти общую площадь поверхности пирамиды.

Для вычислений площади правильной пирамиды пользуются специальной формулой.

Пример:

Перед нами правильная пирамида. В основании находится правильный n-угольник со стороной а. Высота боковой грани – h (кстати, имеет название апофема пирамиды). Площадь каждой боковой грани равна 1/2ah. Вся боковая поверхность пирамиды имеет площадь n/2ha, вычисляем путем сложения площадей боковых граней. na – это периметр основания пирамиды. Площадь этой пирамиды найдем так: произведение апофемы пирамиды и половины периметра её основания равно площади боковой поверхности правильной пирамиды.

Что касается площади полной поверхности, то просто к боковой прибавляем площадь основания, по принципу, рассмотренному выше.

Источники:

• http://www.pm298.ru/stereom.php

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?