Геометрические фигуры в пространстве являются объектом изучения стереометрии, курс которой проходят школьники в старших классах. Данная статья посвящена такому совершенному многограннику, как призма. Рассмотрим подробнее свойства призмы и приведем формулы, которые служат для их количественного описания.
Что это - призма?
Каждый представляет, как выглядит параллелепипед или куб. Обе фигуры являются призмами. Однако, класс призм гораздо более разнообразен. В геометрии этой фигуре дается следующее определение: призмой является всякий многогранник в пространстве, который образован двумя параллельными и одинаковыми многоугольными сторонами и несколькими параллелограммами. Одинаковые параллельные грани фигуры называются ее основаниями (верхним и нижним). Параллелограммы же - это боковые грани фигуры, соединяющие стороны основания друг с другом.
Вам будет интересно:
Если основание представлено n-угольником, где n - целое число, тогда фигура будет состоять из 2+n граней, 2*n вершин и 3*n ребер. Грани и ребра относятся к одному из двух типов: либо они принадлежат боковой поверхности, либо основаниям. Что касается вершин, то все они являются равноправными и относятся к основаниям призмы.
Виды фигур изучаемого класса
Изучая свойства призмы, следует перечислить возможные виды этой фигуры:
- Выпуклые и вогнутые. Разница между ними заключается в форме многоугольного основания. Если оно является вогнутым, то таковой также будет объемная фигура, и наоборот.
- Прямые и наклонные. У прямой призмы боковые грани представлены либо прямоугольниками, либо квадратами. У наклонной фигуры боковые грани являются параллелограммами общего типа или ромбами.
- Неправильные и правильные. Чтобы изучаемая фигура была правильной, она должна быть прямой и иметь правильное основание. Примером последнего являются такие плоские фигуры, как равносторонний треугольник или квадрат.
Название призмы образуется с учетом перечисленной классификации. Например, упомянутый выше параллелепипед с прямыми углами или куб, называются правильной четырехугольной призмой. Правильные призмы, ввиду их высокой симметрии, удобно изучать. Их свойства выражаются в виде конкретных математических формул.
Площадь призмы
Когда рассматривают такое свойство призмы, как ее площадь, то имеют в виду суммарную площадь всех ее граней. Представить эту величину проще всего, если сделать развертку фигуры, то есть разложить все грани на одну плоскость. Ниже на рисунке показаны для примера развертки двух призм.
Для произвольной призмы формула площади ее развертки в общем виде может быть записана так:
S = 2*So + b*Psr.
Поясним обозначения. Величина So - это площадь одного основания, b - длина бокового ребра, Psr - периметр среза, который перпендикулярен боковым параллелограммам фигуры.
Записанной формулой часто пользуются для определения площадей наклонных призм. В случае правильной призмы выражение для S приобретет конкретный вид:
S = n/2*a2*ctg(pi/n) + n*b*a .
Первое слагаемое в выражении представляет площадь двух оснований правильной призмы, второе слагаемое - это площадь боковых прямоугольников. Здесь a - длина стороны правильного n-угольника. Отметим, что длина бокового ребра b для правильной призмы является также ее высотой h, поэтому в формуле b можно заменить на h.
Как вычислить объем фигуры?
Призма представляет собой сравнительной простой полиэдр с высокой симметрией. Поэтому для определения ее объема существует весьма простая формула. Она имеет следующий вид:
Вычислить площадь основания и высоту может быть сложно, если рассматривается наклонная неправильная фигура. Решается такая задача с помощью последовательного геометрического анализа с привлечением информации о двугранных углах между боковыми параллелограммами и основанием.
Если призма является правильной, тогда формула для V приобретает вполне конкретный вид:
V = n/4*a2*ctg(pi/n)*h.
Как видно, площадь S и объем V для правильной призмы определяются однозначно, если известны два ее линейных параметра.
Призма треугольная правильная
Завершим статью, рассмотрев свойства треугольной призмы правильной. Образована она пятью гранями, три из которых являются прямоугольниками (квадратами), и две - треугольниками равносторонними. Призма имеет шесть вершин и девять ребер. Для этой призмы формулы объема и площади поверхности записаны ниже:
S3 = √3/2*a2 + 3*h*a
V3 = √3/4*a2*h.
Помимо этих свойств, также полезно привести формулу для апофемы основания фигуры, которая представляет собой высоту ha равностороннего треугольника:
Боковые стороны призмы - это одинаковые прямоугольники. Длины их диагоналей d равны:
d = √(a2 + h2).
Знание геометрических свойств призмы треугольной представляет не только теоретический, но и практический интерес. Дело в том, что эту фигуру, изготовленную из оптического стекла, применяют для изучения спектра излучения тел.
Проходя через стеклянную призму, свет разлагается на ряд составляющих цветов в результате явления дисперсии, что создает условия для изучения спектрального состава электромагнитного потока.
Школьникам, которые готовятся к сдаче ЕГЭ по математике, обязательно стоит научиться решать задачи на нахождение площади прямой и правильной призмы. Многолетняя практика подтверждает тот факт, что подобные задания по геометрии многие учащиеся считают достаточно сложными.
При этом уметь находить площадь и объем правильной и прямой призмы должны старшеклассники с любым уровнем подготовки. Только в этом случае они смогут рассчитывать на получение конкурентных баллов по итогам сдачи ЕГЭ.
Основные моменты, которые стоит запомнить
- Если боковые ребра призмы перпендикулярны основанию, она называется прямой. Все боковые грани этой фигуры являются прямоугольниками. Высота прямой призмы совпадает с ее ребром.
- Правильной является призма, боковые ребра которой перпендикулярны основанию, в котором находится правильный многоугольник. Боковые грани этой фигуры - равные прямоугольники. Правильная призма всегда является прямой.
Подготовка к единому госэкзамену вместе со «Школково» - залог вашего успеха!
Чтобы занятия проходили легко и максимально эффективно, выбирайте наш математический портал. Здесь представлен весь необходимый материал, который поможет подготовиться к прохождению аттестационного испытания.
Специалисты образовательного проекта «Школково» предлагают пойти от простого к сложному: сначала мы даем теорию, основные формулы, теоремы и элементарные задачи с решением, а затем постепенно переходим к заданиям экспертного уровня.
Базовая информация систематизирована и понятно изложена в разделе «Теоретическая справка». Если вы уже успели повторить необходимый материал, рекомендуем вам попрактиковаться в решении задач на нахождение площади и объема прямой призмы. В разделе «Каталог» представлена большая подборка упражнений различной степени сложности.
Попробуйте рассчитать площадь прямой и правильной призмы или прямо сейчас. Разберите любое задание. Если оно не вызвало сложностей, можете смело переходить к упражнениям экспертного уровня. А если определенные трудности все же возникли, рекомендуем вам регулярно готовиться к ЕГЭ в онлайн-режиме вместе с математическим порталом «Школково», и задачи по теме «Прямая и правильная призма» будут даваться вам легко.
Соблюдение Вашей конфиденциальности важно для нас. По этой причине, мы разработали Политику Конфиденциальности, которая описывает, как мы используем и храним Вашу информацию. Пожалуйста, ознакомьтесь с нашими правилами соблюдения конфиденциальности и сообщите нам, если у вас возникнут какие-либо вопросы.
Сбор и использование персональной информации
Под персональной информацией понимаются данные, которые могут быть использованы для идентификации определенного лица либо связи с ним.
От вас может быть запрошено предоставление вашей персональной информации в любой момент, когда вы связываетесь с нами.
Ниже приведены некоторые примеры типов персональной информации, которую мы можем собирать, и как мы можем использовать такую информацию.
Какую персональную информацию мы собираем:
- Когда вы оставляете заявку на сайте, мы можем собирать различную информацию, включая ваши имя, номер телефона, адрес электронной почты и т.д.
Как мы используем вашу персональную информацию:
- Собираемая нами персональная информация позволяет нам связываться с вами и сообщать об уникальных предложениях, акциях и других мероприятиях и ближайших событиях.
- Время от времени, мы можем использовать вашу персональную информацию для отправки важных уведомлений и сообщений.
- Мы также можем использовать персональную информацию для внутренних целей, таких как проведения аудита, анализа данных и различных исследований в целях улучшения услуг предоставляемых нами и предоставления Вам рекомендаций относительно наших услуг.
- Если вы принимаете участие в розыгрыше призов, конкурсе или сходном стимулирующем мероприятии, мы можем использовать предоставляемую вами информацию для управления такими программами.
Раскрытие информации третьим лицам
Мы не раскрываем полученную от Вас информацию третьим лицам.
Исключения:
- В случае если необходимо - в соответствии с законом, судебным порядком, в судебном разбирательстве, и/или на основании публичных запросов или запросов от государственных органов на территории РФ - раскрыть вашу персональную информацию. Мы также можем раскрывать информацию о вас если мы определим, что такое раскрытие необходимо или уместно в целях безопасности, поддержания правопорядка, или иных общественно важных случаях.
- В случае реорганизации, слияния или продажи мы можем передать собираемую нами персональную информацию соответствующему третьему лицу – правопреемнику.
Защита персональной информации
Мы предпринимаем меры предосторожности - включая административные, технические и физические - для защиты вашей персональной информации от утраты, кражи, и недобросовестного использования, а также от несанкционированного доступа, раскрытия, изменения и уничтожения.
Соблюдение вашей конфиденциальности на уровне компании
Для того чтобы убедиться, что ваша персональная информация находится в безопасности, мы доводим нормы соблюдения конфиденциальности и безопасности до наших сотрудников, и строго следим за исполнением мер соблюдения конфиденциальности.
Во всех школах в старших классах проходят курс стереометрии, в котором рассматривают характеристики различных пространственных фигур. Данная статья посвящена изучению свойств одной из таких фигур. Рассмотрим, что такое правильная треугольная призма.
Призма в геометрии
Согласно стереометрическому является объемной фигурой, состоящей из n параллелограммов и двух одинаковых n-угольных оснований, где n - это целое положительное число. Оба основания расположены в параллельных плоскостях, а параллелограммы соединяют попарно их стороны в единую фигуру.
Любую призму можно получить следующим способом: следует взять плоский n-угольник и переместить его параллельно самому себе в другую плоскость. В процессе перемещения вершины n-угольника прочертят n отрезков, которые будут боковыми ребрами призмы.
Призмы могут быть выпуклыми и вогнутыми, прямыми и косоугольными, правильными и неправильными. Все эти виды фигур отличаются друг от друга формой n-угольников в основании, а также их расположением относительно перпендикулярного им отрезка, длина которого является высотой призмы. Ниже рисунок демонстрирует набор призм с разным числом углов в основании и количеством боковых граней.
Правильная треугольная призма
Первая призма на фотографии выше является правильной треугольной. Она состоит из двух одинаковых равносторонних треугольников и из трех прямоугольников. Прямоугольник является частным случаем параллелограмма, поэтому рассматриваемая фигура удовлетворяет изложенному ранее стереометрическому определению.
Помимо пяти граней, треугольная призма образована шестью вершинами, которые принадлежат обоим основаниям, и девятью ребрами, три из которых являются боковыми.
Важным свойством правильной треугольной призмы является то, что ее высота совпадает с длиной бокового ребра. Все эти ребра равны друг другу, а боковые прямоугольники пересекают основания под прямыми углами. Отметим, что прямые между основаниями и боковыми гранями приводят к тому, что параллелограммы наклонной призмы становятся прямоугольниками в прямой фигуре. Очевидно, что при определенных длинах ребер прямоугольники могут стать квадратами.
Важными свойствами любой объемной фигуры являются площадь ее поверхности и заключенный в ней объем пространства. Изучаемая призма не является исключением, поэтому рассмотрим ее подробные характеристики.
Площадь поверхности
Площадь правильной треугольной призмы образована площадями всех ее пяти граней. Известно, что площадь пространственных фигур проще рассматривать и изучать на плоскости, поэтому удобно сделать развертку призмы. Она показана ниже.
Развертка представлена пятью фигурами двух типов, которые в призме являлись гранями.
Для определения площади всех этих фигур введем следующие обозначения: будем считать длину стороны основания равной a, а высоту (длину бокового ребра) равной h. С учетом обозначений получаем площадь одного треугольника:
При записи этой формулы использовалось стандартное выражение для площади треугольника. Площадь одного прямоугольника равна:
С учетом числа треугольников и прямоугольников (см. развертку выше) получим формулу для площади полной поверхности изучаемой геометрической фигуры:
S = 2 × S 3 + 3 × S 4 = √3 / 2 × a 2 + 3 × a × h
Здесь первый член в правой части равенства описывает площадь двух оснований, второй член позволяет вычислить площадь поверхности боковой.
Напомним, что полученная для S формула справедлива только для прямой правильной треугольной призмы. Если бы мы рассматривали наклонную фигуру, то выражение для S имело бы другой вид.
Формула для определения объема фигуры
Объемом любой пространственной фигуры называется та часть пространства, которую ограничивают грани многогранника. Объем любой призмы, независимо от формы ее основания и боковых сторон, может быть определен по следующей формуле:
То есть достаточно умножить площадь одного основания на высоту всей фигуры, чтобы получить искомое значение объема.
Для случая треугольной правильной призмы получаем следующее выражение для V:
V = S 0 × h = S 3 × h = √3 / 4 × a 2 × h
Записанная формула для V, а также выражение для S в предыдущем пункте зависят всего от двух параметров фигуры: длин a и h. То есть знание всего двух любых линейных параметров позволяет рассчитать все свойства изучаемой призмы.
Решение задачи
В физике треугольная правильная призма, изготовленная из сплошного стекла, часто применяется для разложения электромагнитного потока в видимой области спектра на ряд частот с целью их изучения. Необходимо определить, какой объем стекла понадобится, чтобы изготовить призму с площадью поверхности 300 см 2 и длиной стороны основания 10 см.
Сначала определим высоту призмы h. Воспользуемся формулой для S, имеем:
S = √3 / 2 × a 2 + 3 × a × h =>
h = (S - √3 / 2 × a 2) / (3 × a) = (300 - √3 / 2 × 10 2) / (3 × 10) = 7,11 см
Поскольку мы знаем значения a и h, то для определения объема призмы воспользуемся формулой для V:
V = √3 / 4 × a 2 × h = √3 / 4 × 10 2 × 7,11 = 307,87 см 3
Таким образом, чтобы изготовить описанную призму, понадобится около 308 см 3 стекла.
Является одной из частых объемных геометрических фигур, которые мы встречаем в нашей жизни. Например, в продаже можно встретить брелки и часы в форме нее. В физике эту фигуру, сделанную из стекла, используют для изучения спектра света. В данной статье освятим вопрос, касающийся развертки треугольной призмы.
Что собой представляет треугольная призма
Рассмотрим эту фигуру с геометрической точки зрения. Чтобы ее получить, следует взять треугольник, имеющий произвольные длины сторон, и параллельно самому себе перенести его в пространстве на некоторый вектор. После этого необходимо соединить одинаковые вершины исходного треугольника и треугольника, полученного переносом. Мы получили треугольную призму. Ниже фото демонстрирует один из примеров этой фигуры.
Из рисунка видно, что она образована 5-ю гранями. Две одинаковые треугольные стороны называются основаниями, три стороны, представленные параллелограммами, называются боковыми. У этой призмы можно насчитать 6 вершин и 9 ребер, из которых 6 лежат в плоскостях параллельных оснований.
Выше была рассмотрена треугольная призма общего типа. Она будет называться правильной, если выполняются следующих два обязательных условия:
- Ее основание должно представлять правильный треугольник, то есть все его углы и стороны должны быть одинаковыми (равносторонний).
- Угол между каждой боковой гранью и основанием должен быть прямым, то есть составлять 90 o .
На фото выше изображена рассматриваемая фигура.
Для правильной треугольной призмы удобно выполнять расчеты длины ее диагоналей и высоты, объема и площади поверхности.
Возьмем правильную призму, представленную на предыдущем рисунке, и проведем мысленно для нее следующие операции:
- Разрежем сначала два ребра верхнего основания, которые ближе всего находятся к нам. Отогнем основание вверх.
- Операции пункта 1 проделаем для нижнего основания, только отогнем его вниз.
- Разрежем фигуру по ближайшему боковому ребру. Отогнем влево и вправо две боковые грани (два прямоугольника).
В итоге мы получим развертку треугольной призмы, которая представлена ниже.
Эту развертку удобно использовать для вычисления площади боковой поверхности и оснований фигуры. Если длина бокового ребра равна c, а длина стороны треугольника равна a, тогда для площади двух оснований можно записать формулу:
Площадь боковой поверхности будет равна трем площадям одинаковых прямоугольников, то есть:
Тогда полная площадь поверхности будет равна сумме S o и S b .
