Пирамида в основании четырехугольник как найти объем

В данной публикации мы рассмотрим, как можно найти объем пирамиды и разберем примеры решения задач для закрепления материала.

Формула вычисления объема пирамиды

1. Общая формула

Объем (V) пирамиды равняется одной третьей произведения ее высоты на площадь основания.

• ABCD – основание;
• E – вершина;
• h – высота, перпендикулярная основанию.

2. Объем правильной треугольной пирамиды

Основанием правильной треугольной пирамиды является равносторонний треугольник (ABC), площадь которого вычисляется так (а – сторона треугольника):

Подставляем данное выражение в формулу расчета объема фигуры и получаем:

3. Объем правильной четырехугольной пирамиды

Основанием правильной четырехугольной пирамиды является квадрат, площадь которого считается так: S = a², где а – длина его стороны.

Следовательно, формулу объема можно представить в виде:

4. Объем правильной шестиугольной пирамиды

Основанием правильной шестиугольной пирамиды является правильный шестиугольник, площадь которого вычисляется по формуле (а – сторона основания):

С учетом этого, объем фигуры считается так:

Примеры задач

Задание 1
Найдите объем правильной треугольной пирамиды, если известно, что ее высота составляет 16 см, а длина стороны ее основания – 8 см.

Решение:
Воспользуемся соответствующей формулой, подставив в нее известные значения:

Задание 2
Высота правильной четырехугольной пирамиды равна 12 см, а сторона ее основания – 3 см. Найдите объем фигуры.

Решение:
Площадь квадрата, который является основанием пирамиды, равна 9 см² (3 см ⋅ 3 см). Следовательно, объем равен:

Нахождение объема пирамиды: формула и задачи

В данной публикации мы рассмотрим, как можно найти объем пирамиды и разберем примеры решения задач для закрепления материала.

Формула вычисления объема пирамиды

1. Общая формула

Объем (V) пирамиды равняется одной третьей произведения ее высоты на площадь основания.

• ABCD – основание;
• E – вершина;
• h – высота, перпендикулярная основанию.

2. Объем правильной треугольной пирамиды

Основанием правильной треугольной пирамиды является равносторонний треугольник (ABC), площадь которого вычисляется так (а – сторона треугольника):

Подставляем данное выражение в формулу расчета объема фигуры и получаем:

3. Объем правильной четырехугольной пирамиды

Основанием правильной четырехугольной пирамиды является квадрат, площадь которого считается так: S = a 2 , где а – длина его стороны.

Следовательно, формулу объема можно представить в виде:

4. Объем правильной шестиугольной пирамиды

Основанием правильной шестиугольной пирамиды является правильный шестиугольник, площадь которого вычисляется по формуле (а – сторона основания):

С учетом этого, объем фигуры считается так:

Примеры задач

Задание 1
Найдите объем правильной треугольной пирамиды, если известно, что ее высота составляет 16 см, а длина стороны ее основания – 8 см.

Решение:
Воспользуемся соответствующей формулой, подставив в нее известные значения:

Задание 2
Высота правильной четырехугольной пирамиды равна 12 см, а сторона ее основания – 3 см. Найдите объем фигуры.

Решение:
Площадь квадрата, который является основанием пирамиды, равна 9 см 2 (3 см ⋅ 3 см). Следовательно, объем равен:

Объем четырехугольной пирамиды

Четырехугольной пирамидой называется многогранник, в основании которого лежит квадрат, а все боковые грани являются одинаковыми равнобедренными треугольниками.

У данного многогранника есть множество различных свойств:

• Его боковые ребра и прилегающие к ним двугранные углы равны между собой;
• Площади боковых граней одинаковы;
• В основании правильной четырехугольной пирамиды лежит квадрат;
• Высота, опущенная из вершины пирамиды, пересекается с точкой пересечения диагоналей основания.

Все эти свойства помогают легко находить площадь четырехугольной пирамиды. Однако довольно часто помимо нее требуется рассчитать объем многогранника. Для этого применяется формула объема четырехугольной пирамиды:

То есть объем пирамиды равен одной третьей произведения высоты пирамиды на площадь основания. Так как площадь квадрата равна произведению его равных сторон, то мы сразу вписываем в выражение объема формулу площади квадрата.
Рассмотрим пример расчета объема четырехугольной пирамиды.

Вот таким образом, зная несколько простых формул, мы смогли рассчитать объем правильной четырехугольной пирамиды. Не забывайте, что данная величина измеряется в кубических единицах.

Формулы и свойства правильной четырехугольной пирамиды. Усеченная пирамида

Когда человек слышит слово “пирамида”, то сразу вспоминает величественные египетские сооружения. Тем не менее древние каменные гиганты являются лишь одним из представителей класса пирамид. В данной статье рассмотрим с геометрической точки зрения свойства правильной четырехугольной пирамиды .

Что такое пирамида в общем случае?

В геометрии под ней понимают объемную фигуру, получить которую можно, если соединить все вершины плоского многоугольника с одной единственной точкой, лежащей в другой плоскости, чем этот многоугольник. Рисунок ниже показывает 4 фигуры, которые удовлетворяют данному определению.

Вам будет интересно: Литовские статуты: даты и история изданий, регламент, хронология принятия статутов

Мы видим что первая фигура имеет треугольное основание, вторая – четырехугольное. Две последние представлены пяти- и шестиугольным основанием. Однако боковая поверхность всех пирамид образована треугольниками. Их число точно равно количеству сторон или вершин многоугольника в основании.

Особым типом пирамид, которые от остальных представительниц класса отличаются идеальной симметрией, являются правильные пирамиды. Чтобы фигура была правильной, должны выполняться следующие два обязательных условия:

• в основании должен находиться правильный многоугольник;
• боковая поверхность фигуры должна состоять из равных равнобедренных треугольников.

Отметим, что второе обязательное условие можно заменить иным: перпендикуляр, проведенный к основанию из вершины пирамиды (точка пересечения боковых треугольников), должен пересекать это основание в его геометрическом центре.

Правильная четырехугольная пирамида

Теперь перейдем к теме статьи и рассмотрим, какие свойства правильной четырехугольной пирамиды характеризуют ее. Сначала покажем на рисунке, как выглядит эта фигура.

Ее основание является квадратом. Боковые стороны представляют 4 одинаковых равнобедренных треугольника (они также могут быть равносторонними при определенном соотношении длины стороны квадрата и высоты фигуры). Опущенная из вершины пирамиды высота пересечет квадрат в его центре (точка пересечения диагоналей).

Эта пирамида имеет 5 граней (квадрат и четыре треугольника), 5 вершин (четыре из них принадлежат основанию) и 8 ребер. Ось симметрии четвертого порядка, проходящая через высоту пирамиды, переводит ее в саму себя путем поворота на 90o.

Египетские пирамиды в Гизе являются правильными четырехугольными.

Далее приведем формулы, позволяющие определить все характеристики этой фигуры.

Четыре основных линейных параметра

Начнем рассмотрение математических свойств правильной четырехугольной пирамиды с формул высоты, длины стороны основания, бокового ребра и апофемы. Сразу скажем, что все эти величины связаны друг с другом, поэтому достаточно знать только две из них, чтобы однозначно вычислить оставшиеся две.

Предположим, что известна высота h пирамиды и длина a стороны квадратного основания, тогда боковое ребро b будет равно:

Теперь приведем формулу для длины ab апофемы (высота треугольника, опущенная на сторону основания):

Очевидно, что боковое ребро b всегда больше апофемы ab.

Оба выражения можно применять для определения всех четырех линейных характеристик, если известны другие два параметра, например ab и h.

Площадь и объем фигуры

Это еще два важных свойства правильной четырехугольной пирамиды . Основание фигуры имеет следующую площадь:

Эту формулу знает каждый школьник. Площадь боковой поверхности, которая образована четырьмя одинаковыми треугольниками, можно определить через апофему ab пирамиды так:

Если ab является неизвестной, то можно ее определить по формулам из предыдущего пункта через высоту h или ребро b.

Общая площадь поверхности рассматриваемой фигуры складывается из площадей So и Sb:

S = So + Sb = a2 + 2 × a × ab = a (a + 2 × ab)

Рассчитанная площадь всех граней пирамиды показана на рисунке ниже в виде ее развертки.

Описание свойств правильной четырехугольной пирамиды не будет полным, если не рассмотреть формулу для определения ее объема. Эта величина для рассматриваемой пирамиды вычисляется следующим образом:

То есть V равен третьей части произведения высоты фигуры на площадь ее основания.

Свойства правильной усеченной четырехугольной пирамиды

Получить эту фигуру можно из исходной пирамиды. Для этого необходимо срезать верхнюю часть пирамиды плоскостью. Оставшаяся под плоскостью среза фигура будет называться пирамидой усеченной.

Удобнее всего изучать характеристики усеченной пирамиды, если ее основания параллельны друг другу. В этом случае нижнее и верхнее основания будут подобными многоугольниками. Поскольку в четырехугольной правильной пирамиде основание – это квадрат, то образованное при срезе сечение тоже будет представлять квадрат, но уже меньшего размера.

Боковая поверхность усеченной фигуры образована не треугольниками, а равнобедренными трапециями.

Одним из важных свойств этой пирамиды является ее объем, который рассчитывается по формуле:

V = 1/3 × h × (So1 + So2 + √(So1 × So2))

Здесь h – расстояние между основаниями фигуры, So1, So2 – площади нижнего и верхнего оснований.

[spoiler title=”источники:”]

http://2mb.ru/matematika/geometriya/obem-chetyrexugolnoj-piramidy/

http://1ku.ru/obrazovanie/41739-formuly-i-svojstva-pravilnoj-chetyrehugolnoj-piramidy-usechennaja-piramida/

[/spoiler]

Объем пирамиды и объем усеченной пирамиды.

Объем пирамиды.

Рис. 1
Вывод формулы объема пирамиды будем приводить для общего случая, а именно, для наклонной пирамиды с неправильным многоугольником в основании, в данном случае с неправильным четырехугольником.
На основании известного в математике общего принципа приложений определенного интеграла с помощью сечений, параллельных плоскости основания пирамиды, делим пирамиду на n элементарных, бесконечно малых равных частей. На рисунке 1 показана i-тая часть из этих n элементарных частей, образованная i-тым сечением на расстоянии от вершины пирамиды, равным Xi и сечением на расстоянии от вершины пирамиды Xi+∆X. Так как ∆X – бесконечно малая величина объем элементарной части пирамиды, ограниченный этими сечениями можно вычислить как объем прямой призмы с высотой ∆X:

Стороны четырехугольника основания ABCD параллельны соответствующим сторонам четырехугольника i-того сечения AiBiCiDi, так как это сечение сделано плоскостью параллельной основанию. Отсюда следует, что все углы четырехугольника основания равны соответствующим углам четырехугольника i-того сечения. Значит эти четырехугольники подобные, а сходственные стороны этих четырехугольников пропорциональны:

Так как i-тое сечение выполнено плоскостью, параллельной плоскости основания, т.е. перпендикулярной высоте, то отношению Xi к высоте h равно отношению сходственных сторон, а именно:

Это следует из того, что при Xi=h стороны четырехугольников сечения и основания полностью совпадают (см. рисунок 1), т.е. соответствующие стороны равны и их отношение также, как и отношение Xi к h равно 1. При Xi=0 стороны сечения равны 0 и их отношение к соответствующим сторонам основания равно 0, также как и отношение Xi к h. Так как при крайних значениях Xi соблюдается пропорция (3), то и при промежуточных значениях пропорция так же будет соблюдаться, потому что все ребра пирамиды – отрезки прямых линий, а все грани плоские.
Так как площади подобных фигур пропорциональны квадратам сходственных линейных элементов (сторон, высот, диагоналей и т.д.), тогда

Где Si – площадь i-того сечения, а S – площадь основания пирамиды.
На основании (3) и (4) получаем:

Эта формула справедлива и для частных типов пирамид (прямой, правильной и т. д.).

Объем усеченной пирамиды.

Формулу объема усеченной пирамиды будем также выводить для общего случая, т. е. для наклонной пирамиды с неправильными многоугольниками в основаниях (Рис.2), где h – высота усеченной пирамиды. Плоскость сечения усеченной пирамиды, в которой лежит верхнее основание, параллельна нижнему основанию. Так как усеченная пирамида формируется из исходной обычной пирамиды, определяем сначала высоту H исходной пирамиды. Затем по известной формуле для объема пирамиды определяем объем исходной пирамиды V и объем части исходной (отсеченной) пирамиды v_1 с высотой (H-h) от вершины О до верхнего основания усеченной пирамиды.
Объем исходной пирамиды равен:

Где S – площадь нижнего основания.

Объем части исходной пирамиды:

Где S_1 – площадь верхнего основания.

Рис. 2

Тогда объем усеченной пирамиды:

В формулу (8) входит высота H, которую определяем аналогично формуле (5), подставив вместо Xi высоту (H-h), так как верхнее и нижнее основания усеченной пирамиды лежат в параллельных плоскостях перпендикулярных высоте, при этом получаем:

Так как H не может быть меньше h выбираем положительное значение квадратного корня:

Подставляя в (8) значение высоты H, получаем:

Таким образом объем усеченной пирамиды будет: