Призма и пирамида: площадь поверхности
Теория
У призмы два равных основания, они лежат в параллельных плоскостях. Боковые грани призмы являются параллелограммами. Если боковые рёбра перпендикулярны основанию, призму называют прямой, её боковые грани прямоугольники. Правильная призма прямая, и в её основании лежит правильный многоугольник.
Площадь боковой поверхности прямой призмы:$$S_{\text{бок}}=P\cdot h,$$где $P$ периметр основания, $h$ высота (длина бокового ребра). Площадь полной поверхности:$$S_{\text{полн}}=S_{\text{бок}}+2\cdot S_{\text{осн}}.$$Пример: сторона основания правильной четырёхугольной призмы 3, высота 5. $S_{\text{бок}}=12\cdot 5=60$, $S_{\text{полн}}=60+2\cdot 9=78$.
В основании пирамиды лежит многоугольник, боковые грани являются треугольниками с общей вершиной $S$. Пирамиду называют правильной, если в основании лежит правильный многоугольник, а вершина проектируется в его центр $O$. Высоту боковой грани правильной пирамиды, проведённую из вершины $S$, называют апофемой.
Площадь боковой поверхности правильной пирамиды:$$S_{\text{бок}}=\frac{1}{2}\cdot P\cdot l,$$где $l$ апофема. $S_{\text{полн}}=S_{\text{бок}}+S_{\text{осн}}$. Пример: сторона основания правильной четырёхугольной пирамиды 6, апофема 5. $S_{\text{бок}}=\dfrac{1}{2}\cdot 24\cdot 5=60$, $S_{\text{полн}}=60+36=96$.
Апофему $SM$ находят из прямоугольного треугольника $SOM$ (рисунок). У правильной четырёхугольной пирамиды $OM$ равно половине стороны основания. Пример: сторона 8, высота 3. $OM=4$, $SM^2=3^2+4^2=25$, $SM=5$.
Площадь правильного треугольника со стороной $a$ равна$$a^2\cdot\frac{\sqrt{3}}{4}.$$Пример: при $a=4$ площадь равна $16\cdot\dfrac{\sqrt{3}}{4}=4\sqrt{3}$. Правильный шестиугольник со стороной $a$ состоит из шести таких треугольников.
Разобранный пример
Сторона основания правильной четырёхугольной пирамиды $SABCD$ равна 6, боковое ребро равно 5. Найдите площадь полной поверхности пирамиды.
1) Апофема $SM$ проведена к стороне $AB$. Треугольник $SAB$ равнобедренный, поэтому $M$ середина $AB$, $AM=3$.
2) Из прямоугольного треугольника $SAM$:$$SM^2=SA^2-AM^2=25-9=16,\quad SM=4.$$
3) Площадь боковой поверхности:$$S_{\text{бок}}=\frac{1}{2}\cdot 24\cdot 4=48.$$
4) Площадь основания и полной поверхности:$$S_{\text{осн}}=6^2=36,\quad S_{\text{полн}}=48+36=84.$$
Ответ: 84.
Тренировка
Сторона основания правильной четырёхугольной призмы равна 4, боковое ребро равно 7. Найдите площадь боковой поверхности призмы.
Сторона основания правильной треугольной пирамиды равна 6, апофема равна 5. Найдите площадь боковой поверхности пирамиды.
Все рёбра правильной треугольной пирамиды равны 4. Найдите площадь полной поверхности пирамиды.
Сторона основания правильной четырёхугольной пирамиды равна 10, высота равна 12. Найдите площадь полной поверхности пирамиды.
Сторона основания правильной треугольной призмы равна 4, высота равна 5. Найдите площадь полной поверхности призмы.
Площадь боковой поверхности правильной четырёхугольной пирамиды равна 320, сторона основания равна 16. Найдите высоту пирамиды.
