Formule

Formule

Prisma patrulateră regulată este prisma dreaptă cu baza pătrat de latură \( l \) și cu patru fețe laterale dreptunghiuri congruente. Formulele principale sunt \( A_l = 4lh \), \( A_t = 4lh + 2l^2 \), \( V = l^2 h \) și diagonala prismei \( d = \sqrt{2l^2 + h^2} \), unde \( h \) este înălțimea (muchia laterală).

Formulele prismei patrulatere regulate

ABCDA′B′C′D′lhd

Notăm prisma \( ABCDA'B'C'D' \), cu latura bazei \( l \) și înălțimea \( h = AA' \):

MărimeFormula
Perimetrul bazei\( P_b = 4l \)
Aria bazei\( A_b = l^2 \)
Aria laterală\( A_l = P_b \cdot h = 4lh \)
Aria totală\( A_t = A_l + 2A_b = 4lh + 2l^2 \)
Volumul\( V = A_b \cdot h = l^2 h \)
Diagonala bazei\( d_b = l\sqrt{2} \)
Diagonala unei fețe laterale\( d_f = \sqrt{l^2 + h^2} \)
Diagonala prismei\( d = \sqrt{2l^2 + h^2} \)
Aria secțiunii diagonale\( A_{s} = l\sqrt{2}\cdot h \)

Prisma are 8 vârfuri, 12 muchii și 6 fețe. Ea este un paralelipiped dreptunghic cu baza pătrat (\( L = l \)), iar când \( h = l \) devine cubul: \( A_t = 6l^2 \), \( V = l^3 \), \( d = l\sqrt{3} \).

Diagonala prismei: d = √(2l² + h²)

Diagonala bazei \( AC \) este diagonala pătratului, deci \( AC = l\sqrt{2} \). Muchia \( CC' \) este perpendiculară pe planul bazei, deci triunghiul \( ACC' \) este dreptunghic în \( C \). Cu teorema lui Pitagora:

\[ d^2 = AC^2 + CC'^2 = \left(l\sqrt{2}\right)^2 + h^2 = 2l^2 + h^2 \quad\Rightarrow\quad d = \sqrt{2l^2 + h^2} \]

Prisma are 4 diagonale egale (\( AC', BD', CA', DB' \)), care se intersectează în centrul prismei și se înjumătățesc. Unghiul \( \alpha \) dintre diagonala prismei și planul bazei verifică \( \operatorname{tg}\alpha = \dfrac{h}{l\sqrt{2}} \), iar \( \cos\alpha = \dfrac{l\sqrt{2}}{d} \).

Secțiunea diagonală și diagonalele fețelor

Secțiunea diagonală \( ACC'A' \) este un dreptunghi cu laturile \( l\sqrt{2} \) (diagonala bazei) și \( h \), deci are aria \( l\sqrt{2}\cdot h \), iar diagonalele ei sunt chiar diagonalele prismei. Fiecare față laterală este un dreptunghi \( l \times h \), cu diagonala \( \sqrt{l^2 + h^2} \); unghiul ei cu planul bazei are \( \operatorname{tg} = \dfrac{h}{l} \).

Prisma patrulateră dreaptă vs. regulată

  • Prisma patrulateră dreaptă: muchiile laterale sunt perpendiculare pe baze, iar baza poate fi orice patrulater (dreptunghi, romb, trapez). Cu baza dreptunghi se obține paralelipipedul dreptunghic.
  • Prisma patrulateră regulată: prisma dreaptă cu baza pătrat; fețele laterale sunt patru dreptunghiuri congruente.

Pentru prismele cu altă bază vezi prisma regulată dreaptă (triunghiulară, patrulateră, hexagonală) și prisma triunghiulară regulată.

Greșeli frecvente

  • Diagonala bazei în loc de diagonala prismei: \( l\sqrt{2} \) este diagonala pătratului; diagonala prismei este \( \sqrt{2l^2 + h^2} \).
  • \( l\sqrt{3} \) pentru orice prismă: formula \( d = l\sqrt{3} \) este doar pentru cub (\( h = l \)).
  • O singură bază în aria totală: se adună \( 2l^2 \), nu \( l^2 \).
  • Unghiul diagonalei cu baza: se ia în triunghiul \( ACC' \), cu cateta alăturată \( l\sqrt{2} \), nu \( l \).

Întrebări frecvente

Cum se calculează diagonala prismei patrulatere regulate? Cu formula \( d = \sqrt{2l^2 + h^2} \), obținută din teorema lui Pitagora în triunghiul format de diagonala bazei \( l\sqrt{2} \), muchia laterală \( h \) și diagonala prismei. De exemplu, pentru \( l = 4 \) cm și \( h = 7 \) cm, \( d = \sqrt{32 + 49} = 9 \) cm.

Care este volumul prismei patrulatere regulate? Volumul este aria pătratului de bază înmulțită cu înălțimea: \( V = l^2 h \). Pentru \( l = 5 \) cm și \( h = 8 \) cm, \( V = 200\ \text{cm}^3 \).

Ce înseamnă prismă cu baza pătrat? Este prisma patrulateră regulată: o prismă dreaptă ale cărei baze sunt pătrate congruente, iar fețele laterale sunt dreptunghiuri congruente. Este un paralelipiped dreptunghic cu lungimea egală cu lățimea.

Este cubul o prismă patrulateră regulată? Da. Cubul este prisma patrulateră regulată cu înălțimea egală cu latura bazei, deci formulele devin \( A_t = 6l^2 \), \( V = l^3 \) și \( d = l\sqrt{3} \).

Pagini conexe: prisma regulată (toate tipurile), prisma triunghiulară regulată, paralelipipedul dreptunghic, cubul, piramida regulată, toate formulele de arii și volume.

Calculează rapid: calculator arie și volum pentru corpuri geometrice — introduci latura bazei și înălțimea, primești ariile, volumul și diagonala cu pașii de rezolvare.

Exersează: fișă de lucru — prisma dreaptă regulată, clasa a 8-a, corpuri geometrice: arii și volume, unghiuri în spațiu și secțiuni, probleme de Evaluare Națională — geometrie în spațiu.

Exemple

Exemple rezolvate

Exemplul 1. O prismă patrulateră regulată are latura bazei de 4 cm și înălțimea de 7 cm. Calculați aria laterală, aria totală, volumul și diagonala prismei.

Rezolvare. \( A_l = 4 \cdot 4 \cdot 7 = 112\ \text{cm}^2 \), \( A_b = 16\ \text{cm}^2 \), deci \( A_t = 112 + 32 = 144\ \text{cm}^2 \). \( V = 16 \cdot 7 = 112\ \text{cm}^3 \). Diagonala bazei este \( 4\sqrt{2} \) cm, iar diagonala prismei \( d = \sqrt{2 \cdot 16 + 49} = \sqrt{81} = 9 \) cm.

Exemplul 2. Latura bazei unei prisme patrulatere regulate este 8 cm, iar diagonala prismei are 12 cm. Aflați înălțimea, aria totală și volumul.

Rezolvare. Din \( d^2 = 2l^2 + h^2 \): \( 144 = 128 + h^2 \), deci \( h = 4 \) cm. \( A_l = 4 \cdot 8 \cdot 4 = 128\ \text{cm}^2 \), \( A_t = 128 + 2 \cdot 64 = 256\ \text{cm}^2 \), \( V = 64 \cdot 4 = 256\ \text{cm}^3 \).

Exemplul 3. O prismă patrulateră regulată are latura bazei de 5 cm, iar diagonala prismei formează cu planul bazei un unghi de \( 45^\circ \). Calculați înălțimea, diagonala și volumul.

Rezolvare. Proiecția diagonalei \( AC' \) pe bază este \( AC = 5\sqrt{2} \) cm. Triunghiul \( ACC' \) este dreptunghic isoscel (unghi de \( 45^\circ \)), deci \( h = CC' = 5\sqrt{2} \) cm și \( d = AC\sqrt{2} = 10 \) cm. Verificare: \( \sqrt{50 + 50} = 10 \). \( V = 25 \cdot 5\sqrt{2} = 125\sqrt{2}\ \text{cm}^3 \).

Exemplul 4. O prismă patrulateră regulată cu latura bazei de 6 cm are volumul \( 180\ \text{cm}^3 \). Calculați înălțimea și aria secțiunii diagonale.

Rezolvare. \( h = \dfrac{180}{36} = 5 \) cm. Secțiunea diagonală este un dreptunghi cu laturile \( 6\sqrt{2} \) și 5, deci are aria \( 30\sqrt{2}\ \text{cm}^2 \).

Exerciții

Exerciții propuse

  1. O prismă patrulateră regulată are \( l = 3 \) cm și \( h = 10 \) cm. Calculați aria laterală, aria totală și volumul.
  2. Calculați diagonala unei prisme patrulatere regulate cu \( l = 2 \) cm și \( h = 1 \) cm.
  3. O prismă patrulateră regulată are aria laterală \( 96\ \text{cm}^2 \) și înălțimea 4 cm. Aflați latura bazei și volumul.
  4. Diagonala unei prisme patrulatere regulate are 9 cm, iar latura bazei 6 cm. Calculați înălțimea și volumul.
  5. O prismă patrulateră regulată are latura bazei de 2 cm, iar diagonala prismei formează cu planul bazei un unghi de \( 60^\circ \). Calculați înălțimea, diagonala și volumul.
  6. Secțiunea diagonală a unei prisme patrulatere regulate cu latura bazei de 4 cm are aria \( 40\sqrt{2}\ \text{cm}^2 \). Calculați volumul.
Răspunsuri
  1. \( A_l = 120\ \text{cm}^2 \), \( A_t = 138\ \text{cm}^2 \), \( V = 90\ \text{cm}^3 \).
  2. \( d = \sqrt{8 + 1} = 3 \) cm.
  3. \( 16l = 96 \Rightarrow l = 6 \) cm, \( V = 144\ \text{cm}^3 \).
  4. \( h = \sqrt{81 - 72} = 3 \) cm, \( V = 108\ \text{cm}^3 \).
  5. \( AC = 2\sqrt{2} \), \( h = 2\sqrt{2}\cdot\sqrt{3} = 2\sqrt{6} \) cm, \( d = 2 \cdot 2\sqrt{2} = 4\sqrt{2} \) cm, \( V = 8\sqrt{6}\ \text{cm}^3 \).
  6. \( 4\sqrt{2}\cdot h = 40\sqrt{2} \Rightarrow h = 10 \) cm, \( V = 160\ \text{cm}^3 \).
Actualizat la
Testează-te la acest capitol Grile din subiecte oficiale de Evaluare Națională, cu scor și explicații →
Publicitate