Формула площади боковой поверхности пирамиды произвольного типа и правильной: пример задачи

Каждый человек слышал о великих египетских каменных сооружениях, главным из которых является пирамида Хеопса. В курсе стереометрии рассматривают характеристики различных пирамид. Одним из важных параметров фигуры является площадь боковой поверхности. По какой формуле боковой поверхности площадь пирамиды следует рассчитывать, расскажет данная статья.

Что собой представляет пирамида в геометрии?

Прежде чем говорить о пирамиде и формуле площади боковой поверхности, дадим определение самой фигуры. Под ней полагают объемный многогранник, состоящий из одного n-угольного основания и n треугольников. Все треугольники имеют одну общую с основанием сторону, а также пересекаются в точке, которая называется вершиной. Ниже показана произвольная четырехугольная пирамида:

Получить пирамиду достаточно просто. Для этого необходимо выбрать плоский многоугольник и соединить все его вершины с единственной точкой пространства. Обязательное условие - эта точка не должна лежать на плоскости.

Любая пирамида состоит из:

• граней, которых у нее n+1 штука;
• вершин (n+1 штука);
• ребер (2*n штук).

Причем все названные элементы бывают двух типов: те, которые относятся к основанию, и те, которые принадлежат боковой поверхности.

Параметры боковой поверхности для фигуры произвольного типа

Как находить площадь (формула представлена ниже) поверхности боковой грани рассматриваемой фигуры? Ответить на этот вопрос несложно, если знать, что боковая поверхность образована n треугольниками. Это означает, что достаточно для каждого из них вычислить площадь, а затем сложить полученные значения и результатом будет искомый показатель. Тем не менее, сделать это не всегда просто для пирамиды произвольного типа. Приведем пример. Ниже рисунок демонстрирует три пирамиды, которые называются четырехугольными наклонными.

С первого взгляда видно, что все боковые треугольники являются разными. Это означает, что для определения их площадей необходимо знать все стороны основания и высоту каждого треугольника. Она называется "апофемой". Если апофему i-го треугольника обозначить символом h_i, а длину соответствующей стороны основания назвать a_i, тогда получим для общего типа пирамиды формулу боковой поверхности площади:

S = 1/2*∑_i=1ⁿ(h_i*a_i).

Таким образом, для вычисления величины S фигуры произвольного типа необходимо знать 2*n ее параметров.

Правильные пирамиды и их боковая поверхность

Приведенная в предыдущем пункте формула площади поверхности пирамиды общего типа принимает конкретный вид для правильных фигур. Правильной называется та пирамида, которая содержит в основании равностороннюю и равноугольную фигуру, а ее высота попадает точно в центр основания. На рисунке ниже показан набор правильных пирамид, изготовленных из бумаги:

Тот факт, что все треугольники боковой поверхности являются равнобедренными и равны между собой для правильной пирамиды, значительно облегчает расчет площади поверхности ее боковины. Длину стороны основания обозначим буквой a, а апофему - h₁, тогда для пирамиды формула площади боковой поверхности примет вид:

S = 1/2*n*a*h₁.

Важно не путать величину h₁ в формуле с высотой h пирамиды. Апофема h₁ и высота h связаны единым равенством через длину основания для любой правильной пирамиды.

Задача на вычисление боковой поверхности треугольной пирамиды

Известно, что треугольная правильная пирамида имеет высоту 43 см и длину основания 12 см. Чему равна площадь ее боковой поверхности?

Рассмотрев прямоугольный треугольник внутри этой пирамиды, который образован сторонами h₁, h и 1/3 высоты основания, получаем:

h₁ = √(h² + a²/12) = √(43²+12²/12) = 43,14 см.

Теперь осталось применить записанную выше формулу для S, учитывая при этом, что n=3. Получаем:

S = 1/2*n*a*h₁ = 1/2*3*12*43,14 = 776,52 см².

Записанная формула определения апофемы через высоту справедлива только для треугольной правильной пирамиды.