Formule

Formule

Piramida triunghiulară regulată are baza un triunghi echilateral de latură \( l \), iar vârful se proiectează în centrul de greutate al bazei. Formulele principale: apotema bazei \( a_b = \dfrac{l\sqrt{3}}{6} \), \( A_l = \dfrac{3l \cdot a_p}{2} \), \( A_t = A_l + \dfrac{l^2\sqrt{3}}{4} \) și \( V = \dfrac{l^2\sqrt{3} \cdot h}{12} \). Tetraedrul regulat este cazul în care toate muchiile sunt egale.

Elementele piramidei triunghiulare regulate

Fie piramida \( VABC \) cu baza triunghiul echilateral \( ABC \), \( O \) centrul bazei (centrul de greutate, care coincide cu ortocentrul și centrele cercurilor înscris și circumscris) și \( M \) mijlocul laturii \( AB \).

VABCOMhapabR
ElementNotațieFormula
Înălțimea triunghiului de bază\( CM \)\( \dfrac{l\sqrt{3}}{2} \)
Aria bazei\( A_b \)\( \dfrac{l^2\sqrt{3}}{4} \)
Perimetrul bazei\( P_b \)\( 3l \)
Apotema bazei\( a_b = OM \)\( \dfrac{l\sqrt{3}}{6} \) (o treime din \( CM \))
Raza cercului circumscris bazei\( R = OC \)\( \dfrac{l\sqrt{3}}{3} \) (două treimi din \( CM \))
Apotema piramidei\( a_p = VM \)\( \sqrt{h^2 + \dfrac{l^2}{12}} \)
Muchia laterală\( m_l = VC \)\( \sqrt{h^2 + \dfrac{l^2}{3}} \)

De ce o treime? Centrul de greutate împarte mediana \( CM \) în raportul \( 2:1 \) de la vârf, deci \( OM = \dfrac{1}{3} \cdot \dfrac{l\sqrt{3}}{2} = \dfrac{l\sqrt{3}}{6} \) și \( OC = \dfrac{2}{3} \cdot \dfrac{l\sqrt{3}}{2} = \dfrac{l\sqrt{3}}{3} \).

Relațiile Pitagora

\[ \triangle VOM:\quad a_p^2 = h^2 + a_b^2 = h^2 + \frac{l^2}{12} \] \[ \triangle VOC:\quad m_l^2 = h^2 + R^2 = h^2 + \frac{l^2}{3} \] \[ \triangle VMB:\quad m_l^2 = a_p^2 + \frac{l^2}{4} \]

Toate se obțin cu teorema lui Pitagora; din două mărimi cunoscute le afli pe celelalte.

Formulele ariilor și volumului

\[ A_l = \frac{P_b \cdot a_p}{2} = \frac{3l \cdot a_p}{2} \] \[ A_t = A_l + A_b = \frac{3l \cdot a_p}{2} + \frac{l^2\sqrt{3}}{4} \] \[ V = \frac{A_b \cdot h}{3} = \frac{l^2\sqrt{3} \cdot h}{12} \]

Unghiul dintre o față laterală și planul bazei este \( \angle VMO \), cu \( \operatorname{tg} \angle VMO = \dfrac{h}{a_b} \); unghiul dintre o muchie laterală și planul bazei este \( \angle VCO \), cu \( \operatorname{tg} \angle VCO = \dfrac{h}{R} \).

Tetraedrul regulat (caz particular)

Tetraedrul regulat este piramida triunghiulară regulată cu toate cele 6 muchii egale cu \( l \): toate cele 4 fețe sunt triunghiuri echilaterale, iar oricare față poate fi considerată bază. Din \( h^2 = l^2 - R^2 = l^2 - \dfrac{l^2}{3} = \dfrac{2l^2}{3} \):

\[ h = \frac{l\sqrt{6}}{3}, \qquad a_p = \frac{l\sqrt{3}}{2}, \qquad A_t = 4 \cdot \frac{l^2\sqrt{3}}{4} = l^2\sqrt{3}, \qquad V = \frac{l^3\sqrt{2}}{12} \]

Diferența: orice tetraedru regulat este o piramidă triunghiulară regulată, dar nu invers. La o piramidă triunghiulară regulată oarecare fețele laterale sunt doar isoscele, iar muchia laterală poate fi diferită de latura bazei.

Greșeli frecvente

  • Apotema bazei luată \( \dfrac{l\sqrt{3}}{2} \): aceasta este înălțimea triunghiului; apotema bazei este \( \dfrac{l\sqrt{3}}{6} \).
  • Confuzia dintre \( a_b \) și \( R \): în \( \triangle VOM \) intră \( \dfrac{l\sqrt{3}}{6} \), în \( \triangle VOC \) intră \( \dfrac{l\sqrt{3}}{3} \).
  • Volumul tetraedrului scris \( \dfrac{l^3\sqrt{2}}{6} \): acela este volumul piramidei patrulatere cu toate muchiile egale; la tetraedru numitorul este 12.

Întrebări frecvente

Care este formula volumului piramidei triunghiulare regulate? \( V = \dfrac{A_b \cdot h}{3} = \dfrac{l^2\sqrt{3} \cdot h}{12} \). De exemplu, pentru \( l = 12 \) cm și \( h = 4 \) cm, \( V = 48\sqrt{3}\ \text{cm}^3 \).

Cât este apotema bazei la piramida triunghiulară regulată? \( a_b = \dfrac{l\sqrt{3}}{6} \), adică o treime din înălțimea triunghiului echilateral de bază (raza cercului înscris).

Care este diferența dintre tetraedrul regulat și piramida triunghiulară regulată? La tetraedrul regulat toate cele 6 muchii sunt egale și toate fețele sunt echilaterale. La piramida triunghiulară regulată doar baza trebuie să fie echilaterală, iar fețele laterale sunt triunghiuri isoscele congruente.

Care este volumul tetraedrului regulat? \( V = \dfrac{l^3\sqrt{2}}{12} \), iar înălțimea este \( h = \dfrac{l\sqrt{6}}{3} \). Pentru muchia de 12 cm: \( h = 4\sqrt{6} \) cm și \( V = 144\sqrt{2}\ \text{cm}^3 \).

Pagini conexe

Calculează rapid: calculator arie și volum pentru corpuri geometrice — introduci dimensiunile, primești ariile și volumul cu toți pașii.

Exersează: fișă de lucru — piramida regulată, clasa a 8-a, fișă corpuri geometrice — arii și volume și probleme tip Evaluare Națională — geometrie în spațiu, toate cu răspunsuri.

Exemple

Exemple rezolvate

Exemplul 1. O piramidă triunghiulară regulată \( VABC \) are latura bazei 12 cm și înălțimea 4 cm. Calculați muchia laterală, apotema piramidei, aria totală și volumul.

Rezolvare. \( R = \dfrac{12\sqrt{3}}{3} = 4\sqrt{3} \), deci \( m_l = \sqrt{16 + 48} = 8 \) cm. \( a_b = \dfrac{12\sqrt{3}}{6} = 2\sqrt{3} \), deci \( a_p = \sqrt{16 + 12} = 2\sqrt{7} \) cm. \( A_l = \dfrac{36 \cdot 2\sqrt{7}}{2} = 36\sqrt{7}\ \text{cm}^2 \), \( A_b = \dfrac{144\sqrt{3}}{4} = 36\sqrt{3}\ \text{cm}^2 \), \( A_t = 36(\sqrt{7} + \sqrt{3})\ \text{cm}^2 \). \( V = \dfrac{36\sqrt{3} \cdot 4}{3} = 48\sqrt{3}\ \text{cm}^3 \).

Exemplul 2 (se dă apotema piramidei). Latura bazei este \( 12\sqrt{3} \) cm, iar apotema piramidei 10 cm. Calculați înălțimea, aria totală și volumul.

Rezolvare. \( a_b = \dfrac{12\sqrt{3} \cdot \sqrt{3}}{6} = 6 \) cm, \( h = \sqrt{100 - 36} = 8 \) cm. \( A_l = \dfrac{36\sqrt{3} \cdot 10}{2} = 180\sqrt{3} \), \( A_b = \dfrac{432\sqrt{3}}{4} = 108\sqrt{3} \), \( A_t = 288\sqrt{3}\ \text{cm}^2 \). \( V = \dfrac{108\sqrt{3} \cdot 8}{3} = 288\sqrt{3}\ \text{cm}^3 \).

Exemplul 3 (se dă muchia laterală). Latura bazei este \( 6\sqrt{3} \) cm, iar muchia laterală 10 cm. Aflați înălțimea și volumul.

Rezolvare. \( R = \dfrac{6\sqrt{3} \cdot \sqrt{3}}{3} = 6 \) cm, \( h = \sqrt{100 - 36} = 8 \) cm. \( A_b = \dfrac{108\sqrt{3}}{4} = 27\sqrt{3}\ \text{cm}^2 \), \( V = \dfrac{27\sqrt{3} \cdot 8}{3} = 72\sqrt{3}\ \text{cm}^3 \).

Exemplul 4 (unghi diedru). Latura bazei este 6 cm, iar fețele laterale fac \( 60^\circ \) cu planul bazei. Calculați înălțimea, aria totală și volumul.

Rezolvare. \( a_b = \sqrt{3} \) cm, \( h = \sqrt{3} \cdot \operatorname{tg} 60^\circ = 3 \) cm, \( a_p = \dfrac{\sqrt{3}}{\cos 60^\circ} = 2\sqrt{3} \) cm. \( A_l = \dfrac{18 \cdot 2\sqrt{3}}{2} = 18\sqrt{3} \), \( A_b = 9\sqrt{3} \), \( A_t = 27\sqrt{3}\ \text{cm}^2 \). \( V = \dfrac{9\sqrt{3} \cdot 3}{3} = 9\sqrt{3}\ \text{cm}^3 \). Verificare: \( A_b = A_l \cos 60^\circ = 9\sqrt{3} \).

Exemplul 5 (tetraedru regulat). Un tetraedru regulat are muchia de 12 cm. Calculați înălțimea, aria totală și volumul.

Rezolvare. \( h = \dfrac{12\sqrt{6}}{3} = 4\sqrt{6} \) cm, \( A_t = 144\sqrt{3}\ \text{cm}^2 \), \( V = \dfrac{1728\sqrt{2}}{12} = 144\sqrt{2}\ \text{cm}^3 \).

Exerciții

Exerciții propuse

  1. O piramidă triunghiulară regulată are \( l = 6\sqrt{3} \) cm și \( h = 3\sqrt{3} \) cm. Calculați apotema piramidei, aria totală și volumul.
  2. Latura bazei este \( 3\sqrt{3} \) cm, iar muchia laterală 5 cm. Aflați înălțimea și volumul.
  3. Latura bazei este 6 cm, iar muchiile laterale fac \( 60^\circ \) cu planul bazei. Aflați înălțimea, muchia laterală și volumul.
  4. Un tetraedru regulat are muchia de 4 cm. Calculați înălțimea, aria totală și volumul.
  5. Un tetraedru regulat are volumul \( 18\sqrt{2}\ \text{cm}^3 \). Aflați muchia și aria totală.
Răspunsuri
  1. \( a_b = 3 \), \( a_p = 6 \) cm, \( A_t = 54\sqrt{3} + 27\sqrt{3} = 81\sqrt{3}\ \text{cm}^2 \), \( V = 81\ \text{cm}^3 \).
  2. \( R = 3 \), \( h = 4 \) cm, \( V = \dfrac{27\sqrt{3}}{4} \cdot \dfrac{4}{3} = 9\sqrt{3}\ \text{cm}^3 \).
  3. \( R = 2\sqrt{3} \), \( h = 2\sqrt{3} \cdot \sqrt{3} = 6 \) cm, \( m_l = 4\sqrt{3} \) cm, \( V = 18\sqrt{3}\ \text{cm}^3 \).
  4. \( h = \dfrac{4\sqrt{6}}{3} \) cm, \( A_t = 16\sqrt{3}\ \text{cm}^2 \), \( V = \dfrac{16\sqrt{2}}{3}\ \text{cm}^3 \).
  5. \( \dfrac{l^3\sqrt{2}}{12} = 18\sqrt{2} \Rightarrow l^3 = 216 \), \( l = 6 \) cm; \( A_t = 36\sqrt{3}\ \text{cm}^2 \).
Actualizat la
Testează-te la acest capitol Grile din subiecte oficiale de Evaluare Națională, cu scor și explicații →
Publicitate