Как найти длину ребра правильной треугольной призма

Здесь вы найдёте: Объем правильной треугольной призмы понятие, Объем призмы треугольной формула нахождения, Площадь треугольной призмы

Треугольная призма — это трехмерное тело, образованное соединением прямоугольников и треугольников. В этом уроке вы узнаете, как найти размер внутри (объем) и снаружи (площадь поверхности) треугольной призмы.

Призма треугольная — определение

Треугольная призма — это пятигранник, образованный двумя параллельными плоскостями, в которых расположены два треугольника, образующих две грани призмы, и оставшиеся три грани — параллелограммы, образованные со-сторонами треугольников.

Элементы треугольной призмы

Треугольники ABC и A₁B₁C₁ являются основаниями призмы.

Четырехугольники A₁B₁BA, B₁BCC₁ и A₁C₁CA являются боковыми гранями призмы.

Стороны граней являются ребрами призмы (A₁B₁, A₁C₁, C₁B₁, AA₁, CC₁, BB₁, AB, BC, AC), всего у треугольной призмы 9 граней.

Высотой призмы называется отрезок перпендикуляра, который соединяет две грани призмы (на рисунке это h).

Диагональю призмы называется отрезок, который имеет концы в двух вершинах призмы, не принадлежащих одной грани. У треугольной призмы такой диагонали провести нельзя.

Площадь основания — это площадь треугольной грани призмы.

Площадь боковой поверхности призмы — это сумма площадей четырехугольных граней призмы.

Виды треугольных призм

Треугольная призма бывает двух видов: прямая и наклонная.

У прямой призмы боковые грани прямоугольники, а у наклонной боковые грани — параллелограммы (см. рис.)

Прямая треугольная призма

Призма, боковые ребра которой перпендикулярны плоскостям оснований, называется прямой.

Наклонная треугольная призма

Призма, боковые ребра которой являются наклонными к плоскостям оснований, называется наклонной.

Основные формулы для расчета треугольной призмы

Объем треугольной призмы

Чтобы найти объем треугольной призмы, надо площадь ее основания умножить на высоту призмы.

 Объем призмы = площадь основания х высота

или

V=S_осн ^. h

Площадь боковой поверхности призмы

Чтобы найти площадь боковой поверхности треугольной призмы, надо периметр ее основания умножить на высоту.

Площадь боковой поверхности треугольной призмы = периметр основания х высота

или

S_бок=P_осн^.h 

Площадь полной поверхности призмы

Чтобы найти площадь полной поверхности призмы, надо сложить ее площади оснований и площадь боковой поверхности.

так как S_бок=P_осн^.h, то получим:

S_{полн.пов.}=P_осн^.h+2S_осн

Правильная призма — прямая призма, основанием которой является правильный многоугольник.

Свойства призмы:

Верхнее и нижнее основания призмы – это равные многоугольники.
Боковые грани призмы имеют вид параллелограмма.
Боковые ребра призмы параллельные и равны.

Совет: при расчете треугольной призмы вы должны обратить внимание на используемые единицы. Например, если площадь основания указана в см², то высота должна быть выражена в сантиметрах, а объем — в см³ . Если площадь основания в мм², то высота должна быть выражена в мм, а объем в мм³ и т. д.

Пример призмы

В этом примере:
— ABC и DEF составляют треугольные основания призмы
— ABED, BCFE и ACFD являются прямоугольными боковыми гранями
— Боковые края DA, EB и FC соответствуют высоте призмы.
— Точки A, B, C, D, E, F являются вершинами призмы.

Задачи на расчет треугольной призмы

Задача 1. Основанием прямой треугольной призмы служит прямоугольный треугольник с катетами 6 и 8, боковое ребро равно 5. Найдите объем призмы.
Решение: Объем прямой призмы равен V = Sh, где S — площадь основания, а h — боковое ребро. Площадь основания в данном случае это площадь прямоугольного треугольника (его площадь равна половине площади прямоугольника со сторонами 6 и 8). Таким образом, объём равен:

V = 1/2  · 6 · 8 · 5 = 120.

Задача 2.

Через среднюю линию основания треугольной призмы проведена плоскость, параллельная боковому ребру. Объем отсеченной треугольной призмы равен 5. Найдите объем исходной призмы.

Решение: 

Объём призмы равен произведению площади основания на высоту: V = S_осн ·h.

Треугольник, лежащий в основании исходной призмы подобен треугольнику, лежащему в основании отсечённой призмы. Коэффициент подобия равен 2, так как сечение проведено через среднюю линию (линейные размеры большего треугольника в два раза больше линейных размеров меньшего). Известно, что площади подобных фигур соотносятся как квадрат коэффициента подобия, то есть S₂ = S₁k² = S₁2² = 4S₁.

Площадь основания всей призмы больше площади основания отсечённой призмы в 4 раза. Высоты обеих призм одинаковы, поэтому объем всей призмы в 4 раза больше объема отсечённой призмы.

Таким образом, искомый объём равен 20.

Зная стороны оснований треугольной призмы и боковые ребра, можно вычислить все необходимые параметры треугольной призмы. Равносторонний треугольник в основании позволяет найти высоту основания, равную ребру основания, деленному на корень из двух. Радиусы окружностей, которые могут быть вписаны и описаны около оснований треугольной призмы, также можно найти по формулам для равностороннего треугольника.
h=a/√2
r=a/(2√3)
R=a/√3

Чтобы найти диагональ боковой грани призмы, нужно знать не только сторону ее основания, но и боковое ребро, тогда диагональ станет гипотенузой в прямоугольном треугольнике из бокового ребра и ребра основания.
d=√(a^2+b^2 )

Периметр треугольной призмы складывается из шести сторон оснований, по три на каждое, и трех боковых ребер. Площадь основания треугольной призмы равна площади равностороннего треугольника, а площадь боковой поверхности – трем площадям прямоугольников со сторонами ребром основаниям и боковым ребром. Чтобы посчитать площадь полной поверхности треугольной призмы, нужно сложить две площади основания и площадь боковой поверхности.
P=3(2a+b)
S_(осн.)=(√3 a^2)/4
S_(б.п.)=3ab
S_(п.п.)=3ab+(√3 a^2)/2

Чтобы вычислить объем треугольной призмы, как и любого другого объемного тела с двумя основаниями, необходимо площадь основания умножить на высоту тела/боковое ребро призмы.
V=S_(осн.) b=(√3 a^2 b)/4

Вокруг любой треугольной призмы можно описать сферу, ее радиус будет равен квадратному корню из суммы квадрата радиуса описанной вокруг основания окружности и квадрата половины бокового ребра призмы, которые путем алгебраических преобразований приводят к квадратному корню из пяти шестых, умноженному на сторону основания.
R_1=√(5/6) a

В треугольную призму можно вписать сферу тогда и только тогда, когда половина ее высоты равна радиусу вписанной в основание окружности, в таком случае радиус вписанной в треугольную призму сферы будет равен радиусу вписанной в основание окружности (половине бокового ребра).
r_1=r

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 определению, призма 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 двугранные углы 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:

S₃ = √3 / 4 × a²

При записи этой формулы использовалось стандартное выражение для площади треугольника. Площадь одного прямоугольника равна:

S₄ = a × h

С учетом числа треугольников и прямоугольников (см. развертку выше) получим формулу для площади полной поверхности изучаемой геометрической фигуры:

S = 2 × S₃ + 3 × S₄ = √3 / 2 × a² + 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:

V = S₀ × h

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 = S₀ × h = S₃ × h = √3 / 4 × a² × 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 см² и длиной стороны основания 10 см.

Сначала определим высоту призмы h. Воспользуемся формулой для S, имеем:

S = √3 / 2 × a² + 3 × a × h =>

h = (S — √3 / 2 × a²) / (3 × a) = (300 — √3 / 2 × 10²) / (3 × 10) = 7,11 см

Поскольку мы знаем значения a и h, то для определения объема призмы воспользуемся формулой для V:

V = √3 / 4 × a² × h = √3 / 4 × 10² × 7,11 = 307,87 см³

Таким образом, чтобы изготовить описанную призму, понадобится около 308 см³ стекла.