Nocirstas četrstūra prizmas tilpuma formula. Piramīda

Spēja aprēķināt telpisko figūru apjomu ir svarīga, risinot vairākas praktiskas problēmas ģeometrijā. Viena no visizplatītākajām formām ir piramīda. Šajā rakstā mēs aplūkosim gan pilnās, gan saīsinātās piramīdas.

Piramīda kā trīsdimensiju figūra

Visi zina par Ēģiptes piramīdas, tāpēc ir labi parādīts, kāds skaitlis tiks apspriests. Tomēr Ēģiptes akmens konstrukcijas ir tikai īpašs gadījums milzīgai piramīdu klasei.

Apskatāmais ģeometriskais objekts vispārīgā gadījumā ir daudzstūra pamatne, kuras katra virsotne ir savienota ar kādu telpas punktu, kas nepieder pie pamatplaknes. Šī definīcija noved pie figūras, kas sastāv no viena n-stūra un n trīsstūriem.

Jebkura piramīda sastāv no n+1 skaldnēm, 2*n malām un n+1 virsotnēm. Tā kā aplūkotais skaitlis ir ideāls daudzskaldnis, iezīmēto elementu skaitļi atbilst Eilera vienādojumam:

2*n = (n+1) + (n+1) - 2.

Daudzstūris, kas atrodas pie pamatnes, dod piramīdas nosaukumu, piemēram, trīsstūrveida, piecstūrveida un tā tālāk. Piramīdu komplekts ar dažādi pamati parādīts zemāk esošajā fotoattēlā.

Punktu, kurā ir savienoti n figūras trīsstūri, sauc par piramīdas virsotni. Ja no tā uz pamatni ir nolaists perpendikuls un tas šķērso to ģeometriskajā centrā, tad šādu figūru sauks par taisni. Ja šis nosacījums nav izpildīts, tad ir slīpa piramīda.

Taisnu figūru, kuras pamatu veido vienādmalu (vienstūrveida) n-stūris, sauc par regulāru.

Piramīdas tilpuma formula

Lai aprēķinātu piramīdas tilpumu, mēs izmantojam integrālrēķinu. Lai to izdarītu, mēs sadalām figūru ar atdalošām plaknēm, kas ir paralēlas pamatnei, bezgalīgi daudzos plānos slāņos. Zemāk redzamajā attēlā parādīta četrstūra piramīda ar augstumu h un malas garumu L, kurā četrstūris iezīmē plāns slānis sadaļas.

Katra šāda slāņa laukumu var aprēķināt pēc formulas:

A(z) = A 0 * (h-z) 2/h 2 .

Šeit A 0 ir pamatnes laukums, z ir vertikālās koordinātas vērtība. Redzams, ka, ja z = 0, tad formula dod vērtību A 0 .

Lai iegūtu piramīdas tilpuma formulu, jums jāaprēķina integrālis visā figūras augstumā, tas ir:

V = ∫ h 0 (A(z)*dz).

Aizvietojot atkarību A(z) un aprēķinot antiatvasinājumu, mēs nonākam pie izteiksmes:

V = -A 0 *(h-z) 3 /(3*h 2)| h 0 \u003d 1/3 * A 0 * h.

Mēs esam ieguvuši piramīdas tilpuma formulu. Lai atrastu V vērtību, pietiek ar skaitļa augstumu reizināt ar pamatnes laukumu un pēc tam dalīt rezultātu ar trīs.

Ņemiet vērā, ka iegūtā izteiksme ir derīga patvaļīga tipa piramīdas tilpuma aprēķināšanai. Tas ir, tas var būt slīps, un tā bāze var būt patvaļīgs n-stūris.

un tā apjoms

Saņemts iepriekšējā punktā vispārējā formula tilpumam var norādīt piramīdas gadījumā ar pareizais pamats. Šādas bāzes laukumu aprēķina pēc šādas formulas:

A 0 = n/4*L 2 *ctg(pi/n).

Šeit L ir regulāra daudzstūra malas garums ar n virsotnēm. Simbols pi ir skaitlis pi.

Aizvietojot izteiksmi A 0 vispārējā formulā, mēs iegūstam regulāras piramīdas tilpumu:

V n = 1/3*n/4*L 2 *h*ctg(pi/n) = n/12*L 2 *h*ctg(pi/n).

Piemēram, trīsstūrveida piramīdai šī formula rada šādu izteiksmi:

V 3 \u003d 3/12 * L 2 * h * ctg (60 o) \u003d √3 / 12 * L 2 * h.

Parastai četrstūra piramīdai tilpuma formula ir šāda:

V 4 \u003d 4/12 * L 2 * h * ctg (45 o) \u003d 1/3 * L 2 * h.

Lai noteiktu parasto piramīdu tilpumus, ir jāzina to pamatnes mala un figūras augstums.

Piramīda nošķelta

Pieņemsim, ka esam paņēmuši patvaļīgu piramīdu un nogriezām daļu no tās sānu virsmas, kurā atrodas virsotne. Atlikušo figūru sauc par nošķeltu piramīdu. Tas jau sastāv no divām n-stūra pamatnēm un n trapecveida formām, kas tos savieno. Ja griešanas plakne bija paralēla figūras pamatnei, tad tiek veidota nošķelta piramīda ar paralēlām līdzīgām pamatnēm. Tas ir, vienas no tām malu garumus var iegūt, reizinot otras malu garumus ar kādu koeficientu k.

Augšējā attēlā redzams nošķelts regulārs.Var redzēt, ka tā augšējo pamatni, tāpat kā apakšējo, veido regulārs sešstūris.

Formula, ko var iegūt, izmantojot integrālo aprēķinu, kas ir līdzīgs iepriekšminētajam, ir:

V = 1/3*h*(A 0 + A 1 + √(A 0 * A 1)).

Kur A 0 un A 1 ir attiecīgi apakšējās (lielās) un augšējās (mazās) bāzes laukumi. Mainīgais h apzīmē nošķeltas piramīdas augstumu.

Heopsa piramīdas tilpums

Ir interesanti atrisināt lielākās Ēģiptes piramīdas tilpuma noteikšanas problēmu.

1984. gadā britu ēģiptologi Marks Lēners un Džons Gudmens izveidoja precīzi izmēri Heopsa piramīda. Tā sākotnējais augstums bija 146,50 metri (šobrīd aptuveni 137 metri). Vidējais garums katra no četrām konstrukcijas malām bija 230,363 metri. Piramīdas pamatne ir kvadrātveida ar augstu precizitāti.

Izmantosim dotos skaitļus, lai noteiktu šī akmens milža tilpumu. Tā kā piramīda ir regulārs četrstūris, tad tai ir derīga formula:

Pievienojot skaitļus, mēs iegūstam:

V 4 \u003d 1/3 * (230,363) 2 * 146,5 ≈ 2591444 m 3.

Heopsa piramīdas tilpums ir gandrīz 2,6 miljoni m 3. Salīdzinājumam mēs atzīmējam, ka olimpiskā baseina tilpums ir 2,5 tūkstoši m 3. Tas ir, lai aizpildītu visu Heopsa piramīdu, būs nepieciešami vairāk nekā 1000 šādu baseinu!

09.10.2014
Attēlā redzamais priekšpastiprinātājs ir paredzēts lietošanai ar 4 veidu skaņas avotiem, piemēram, mikrofonu, CD atskaņotāju, radio magnetofonu utt.. Tajā pašā laikā priekšpastiprinātājam ir viena ieeja, kas var mainīt jutību no 50mV uz 500mV . pastiprinātāja izejas spriegums ir 1000mV. Savienojuma izveide dažādi avoti signālu, pārslēdzot slēdzi SA1, mēs vienmēr saņemsim ...
20.09.2014
PSU ir paredzēts slodzei ar jaudu 15 ... 20 vati. Avots ir izgatavots pēc viena cikla impulsa augstfrekvences pārveidotāja shēmas. Uz tranzistora ir samontēts oscilators, kas darbojas ar frekvenci 20 ... 40 kHz. Frekvenci regulē ar kapacitāti C5. Elementi VD5, VD6 un C6 veido ķēdi oscilatora iedarbināšanai. Sekundārajā ķēdē pēc tilta taisngrieža mikroshēmā ir parasts lineārais stabilizators, kas ļauj jums ...
28.09.2014
Attēlā parādīts ģenerators uz K174XA11 mikroshēmas, kura frekvenci kontrolē spriegums. Mainot kapacitāti C1 no 560 uz 4700pF, var iegūt plašu frekvenču diapazonu, savukārt frekvence tiek regulēta, mainot pretestību R4. Piemēram, autors uzzināja, ka pie C1 \u003d 560pF ģeneratora frekvenci var mainīt, izmantojot R4 no 600Hz līdz 200kHz, ...
03.10.2014
Ierīce ir paredzēta, lai darbinātu jaudīgu ULF, tā ir paredzēta izejas spriegumam ± 27 V un tādējādi katrai rokai tiek noslogota līdz 3A. PSU ir bipolārs, izgatavots uz kompozītmateriāla tranzistoriem KT825-KT827. Abas stabilizatora rokas ir izgatavotas pēc vienas un tās pašas shēmas, bet otrā rokā (tas nav parādīts) tiek mainīta kondensatoru polaritāte un tiek izmantoti otras tranzistori ...

Piramīda. Nocirsta piramīda

Piramīda sauc par daudzskaldni, kura viena no skaldnēm ir daudzstūris ( bāze ), un visas pārējās skaldnes ir trīsstūri ar kopīgu virsotni ( sānu sejas ) (15. att.). Piramīdu sauc pareizi , ja tās pamats ir regulārs daudzstūris un piramīdas virsotne ir projicēta pamatnes centrā (16. att.). Tiek saukta trīsstūrveida piramīda, kuras visas malas ir vienādas tetraedrs .

Sānu riba piramīdu sauc par sānu virsmas pusi, kas nepieder pie pamatnes Augstums piramīda ir attālums no tās augšdaļas līdz pamatnes plaknei. Visas regulāras piramīdas sānu malas ir vienādas viena ar otru, visas sānu malas ir vienādi vienādsānu trīsstūri. No virsotnes izvilktas regulāras piramīdas sānu virsmas augstumu sauc apotēma . diagonālā daļa Piramīdas posmu sauc par plakni, kas iet caur divām sānu malām, kas nepieder vienai un tai pašai virsmai.

Sānu virsmas laukums Piramīdu sauc par visu sānu virsmu laukumu summu. apgabalā pilna virsma ir visu sānu virsmu un pamatnes laukumu summa.

Teorēmas

1. Ja piramīdā visas sānu malas ir vienādi slīpas pret pamatnes plakni, tad piramīdas virsotne tiek projicēta ierobežotā apļa centrā pie pamatnes.

2. Ja piramīdā visas sānu malas ir vienāda garuma, tad piramīdas virsotne tiek projicēta ierobežotā apļa centrā netālu no pamatnes.

3. Ja piramīdā visas skaldnes ir vienādi slīpas pret pamatnes plakni, tad piramīdas virsotne tiek projicēta pamatnē ierakstītā apļa centrā.

Lai aprēķinātu patvaļīgas piramīdas tilpumu, formula ir pareiza:

kur V- apjoms;

S galvenais- bāzes platība;

H ir piramīdas augstums.

Parastai piramīdai ir patiesas šādas formulas:

kur lpp- pamatnes perimetrs;

h a- apotēms;

H- augstums;

S pilns

S pusē

S galvenais- bāzes platība;

V ir regulāras piramīdas tilpums.

nošķelta piramīda sauc par piramīdas daļu, kas atrodas starp pamatni un griešanas plakni paralēli piramīdas pamatnei (17. att.). Pareiza nošķelta piramīda sauc par regulāras piramīdas daļu, kas atrodas starp pamatni un griešanas plakni, kas ir paralēla piramīdas pamatnei.

Pamati nošķelta piramīda - līdzīgi daudzstūri. Sānu sejas - trapecveida. Augstums Nošķelto piramīdu sauc par attālumu starp tās pamatiem. Diagonāli Nošķelta piramīda ir segments, kas savieno tās virsotnes, kas neatrodas vienā un tajā pašā virsotnē. diagonālā daļa Nocirstas piramīdas posmu sauc par plakni, kas iet cauri divām sānu malām, kas nepieder vienai un tai pašai virsmai.

Atdalītai piramīdai ir derīgas formulas:

(4)

kur S 1 , S 2 - augšējās un apakšējās pamatnes zonas;

S pilns ir kopējā virsmas laukums;

S pusē ir sānu virsmas laukums;

H- augstums;

V ir nošķeltas piramīdas tilpums.

Parastai nošķeltai piramīdai ir patiesa šāda formula:

kur lpp 1 , lpp 2 - bāzes perimetrs;

h a- regulāras nošķeltas piramīdas apotēma.

1. piemērs Regulārā trīsstūrveida piramīdā diedrālais leņķis pie pamatnes ir 60º. Atrodiet sānu malas slīpuma leņķa pieskares pamatnes plaknei.

Lēmums. Veidosim zīmējumu (18. att.).

Piramīda ir regulāra, kas nozīmē, ka pamatne ir vienādmalu trīsstūris un visas sānu malas ir vienādi vienādsānu trijstūri. Divšķautņu leņķis pie pamatnes - tas ir piramīdas sānu virsmas slīpuma leņķis pret pamatnes plakni. Lineārais leņķis būs leņķis a starp diviem perpendikuliem: t.i. Piramīdas virsotne tiek projicēta trijstūra centrā (nozīmētā apļa centrs un ierakstītais aplis trijstūrī ABC). Sānu ribas slīpuma leņķis (piemēram SB) ir leņķis starp pašu malu un tās projekciju uz pamatplakni. Par ribu SBšis leņķis būs leņķis SBD. Lai atrastu tangensu, jums jāzina kājas SO un OB. Ļaujiet segmenta garumam BD ir 3 a. punkts O līnijas segments BD ir sadalīts daļās: un No mēs atrodam SO: No mēs atrodam:

Atbilde:

2. piemērs Atrodiet regulāras nošķeltas četrstūra piramīdas tilpumu, ja tās pamatu diagonāles ir cm un cm un augstums ir 4 cm.

Lēmums. Lai atrastu nošķeltas piramīdas tilpumu, mēs izmantojam formulu (4). Lai atrastu pamatņu laukumus, jāatrod pamatņu kvadrātu malas, zinot to diagonāles. Pamatu malas ir attiecīgi 2 cm un 8 cm Tas nozīmē pamatu laukumus un Aizvietojot visus datus formulā, mēs aprēķinām nošķeltas piramīdas tilpumu:

Atbilde: 112 cm3.

3. piemērs Atrodiet regulāras trīsstūrveida nošķeltas piramīdas sānu malas laukumu, kuras pamatnes malas ir 10 cm un 4 cm, bet piramīdas augstums ir 2 cm.

Lēmums. Veidosim zīmējumu (19. att.).

Šīs piramīdas sānu virsma ir vienādsānu trapece. Lai aprēķinātu trapeces laukumu, jums jāzina pamatnes un augstums. Pamati ir doti pēc stāvokļa, tikai augstums paliek nezināms. Atrodi to no kurienes BET 1 E perpendikulāri no punkta BET 1 apakšējās pamatnes plaknē, A 1 D- perpendikulāri no BET 1 uz AC. BET 1 E\u003d 2 cm, jo tas ir piramīdas augstums. Par atrašanu DE uztaisīsim papildus zīmējumu, kurā attēlosim skatu no augšas (20. att.). Punkts O- augšējās un apakšējās pamatnes centru projekcija. kopš (skat. 20. att.) un No otras puses labi ir ierakstītā apļa rādiuss un OM ir ierakstītā apļa rādiuss:

MK=DE.

Saskaņā ar Pitagora teorēmu no

Sānu sejas zona:

Atbilde:

4. piemērs Piramīdas pamatnē atrodas vienādsānu trapece, kuras pamatnes a un b (a> b). Katra sānu virsma veido leņķi, kas vienāds ar piramīdas pamatnes plakni j. Atrodiet piramīdas kopējo virsmas laukumu.

Lēmums. Veidosim zīmējumu (21. att.). Piramīdas kopējais virsmas laukums SABCD ir vienāds ar trapeces laukumu un laukuma summu ABCD.

Mēs izmantojam apgalvojumu, ka, ja visas piramīdas skaldnes ir vienādi slīpas pret pamatnes plakni, tad virsotne tiek projicēta pamatnē ierakstītā apļa centrā. Punkts O- virsotņu projekcija S piramīdas pamatnē. Trīsstūris SOD ir trijstūra ortogonālā projekcija CSD uz bāzes plakni. Saskaņā ar teorēmu par plakanas figūras ortogonālās projekcijas laukumu mēs iegūstam:

Līdzīgi tas nozīmē Tādējādi problēma tika samazināta līdz trapeces laukuma atrašanai ABCD. Uzzīmējiet trapecveida formu ABCD atsevišķi (22. att.). Punkts O ir trapecē ierakstīta apļa centrs.