Піраміда
Піраміда — та тема, де стереометрія найчастіше зводиться до планіметрії. Сама фігура просторова, але всі її невідомі розміри лежать у двох-трьох прямокутних трикутниках, які треба навчитися бачити. Опанувавши цей прийом, ти закриваєш більшість задач НМТ про піраміду однією теоремою Піфагора — без жодних спеціальних формул.
Основні поняття
Піраміда — многогранник, одна грань якого (основа) — многокутник, а решта граней (бічні) — трикутники зі спільною вершиною. Відрізок від вершини піраміди перпендикулярно до площини основи — висота .
Піраміду називають правильною, якщо її основа — правильний многокутник, а вершина проєктується в центр основи. У правильній піраміді всі бічні ребра рівні, а всі бічні грані — рівні рівнобедрені трикутники. Висота бічної грані (від вершини до середини сторони основи) — апофема .
Слово «правильна» тут робить усю роботу: саме воно гарантує, що основа висоти потрапляє рівно в центр основи, а отже, відстані від цієї точки до сторін і до вершин основи однакові. Без цієї умови задача, як правило, не має однозначної відповіді.
Об'єм
Об'єм будь-якої піраміди втричі менший за об'єм призми з такою самою основою й висотою:
Множник стосується будь-якої піраміди — з трикутною, чотирикутною чи шестикутною основою. Змінюється лише спосіб обчислення : для квадрата це , для правильного трикутника — , для правильного шестикутника — .
Сторона основи правильної чотирикутної піраміди дорівнює , висота — . Знайдемо об'єм.
- Основа — квадрат: ;
- підставляємо у формулу: ;
- рахуємо: .
Відповідь: .
Апофема, ребро й поверхня
У правильній піраміді ключові відрізки пов'язані теоремою Піфагора. Для правильної чотирикутної піраміди зі стороною основи :
Бічна поверхня правильної піраміди — половина добутку периметра основи на апофему:
Висота , половина сторони й апофема утворюють прямокутний трикутник (звідси апофема). Апофема, і бічне ребро — ще один. Майже всі задачі про піраміду зводяться до теореми Піфагора в цих трикутниках.
Формула бічної поверхні має ту саму природу, що й площа правильного многокутника: бічна поверхня складається з рівних трикутників, у кожного основа — сторона основи піраміди, а висота — апофема. Сума їхніх площ і дає .
Апофема лежить на бічній грані й завжди довша за висоту . Підставляти висоту у формулу бічної поверхні не можна — це найпоширеніша помилка теми. Орієнтир: у прямокутному трикутнику з катетами і апофема є гіпотенузою.
У правильній чотирикутній піраміді сторона основи дорівнює , висота — . Знайдемо апофему й бічну поверхню.
- Половина сторони основи: ;
- апофема як гіпотенуза: ;
- периметр основи: ;
- бічна поверхня: .
Відповідь: апофема , бічна поверхня .
Для тієї самої піраміди (, , ) знайдемо бічне ребро.
- Бічне ребро — гіпотенуза трикутника з катетами і ;
- отже .
Перевірка на здоровий глузд: ребро має бути довшим за апофему () — так і є, адже апофема веде до середини сторони, а ребро — до дальшої від центра вершини. ✅
Типові помилки
- Забувають множник в об'ємі. Швидка перевірка: об'єм піраміди має бути втричі меншим за об'єм призми з тими самими основою й висотою.
- Підставляють висоту піраміди замість апофеми у формулу бічної поверхні.
- Беруть цілу сторону основи замість половини в прямокутних трикутниках. І апофема, і бічне ребро спираються саме на .
- Плутають бічну поверхню з повною. Повна поверхня — це бічна плюс площа основи.
- Застосовують формули правильної піраміди до довільної. Рівність бічних ребер і граней виконується лише тоді, коли піраміда правильна.