Share This Article
С понятием пирамида учащиеся сталкиваются еще задолго до изучения геометрии. Виной всему знаменитые великие египетские чудеса света. Поэтому, начиная изучение этого замечательного многогранника, большинство учеников уже наглядно представляют ее себе. Все вышеупомянутые достопримечательности имеют правильную форму. Что такое правильная пирамида, и какие свойства она имеет и пойдет речь дальше.
Определение
Определений пирамиды можно встретить достаточно много. Начиная еще с древних времен, она пользовалась большой популярностью.
К примеру, Эвклид определял ее как телесную фигуру, состоящую из плоскостей, которые, начиная от одной, сходятся в определенной точке.
Герон представил более точную формулировку. Он настаивал на том, что это фигура, которая имеет основание и плоскости в виде треугольников, сходящиеся в одной точке.
Опираясь на современное толкование, пирамиду представляют, как пространственный многогранник, состоящий из определённого k-угольника и k плоских фигур треугольной формы, имеющую одну общую точку.
Разберемся более подробно, из каких элементов она состоит:
- k-угольник считают основой фигуры;
- фигуры 3-угольной формы выступают гранями боковой части;
- верхняя часть, из которой берут начало боковые элементы, называют вершиной;
- все отрезки, соединяющие вершину, называют рёбрами;
- если из вершины на плоскость фигуры опустить прямую под углом в 90 градусов, то её часть, заключенная во внутреннем пространстве — высота пирамиды;
- в любом боковом элементе к стороне нашего многогранника можно провести перпендикуляр, называемый апофемой.
Число рёбер вычисляется по формуле 2*k, где k – количество сторон k-угольника. Сколько граней у такого многогранника, как пирамида, можно определить посредством выражения k+1.
[stop]Важно! Пирамидой правильной формы называют стереометрическую фигуру, плоскость основы которой является k-угольник с равными сторонами.[/stop]
Основные свойства
Правильная пирамида обладает множеством свойств, которые присущи только ей. Перечислим их:
- Основа – фигура правильной формы.
- Ребра пирамиды, ограничивающие боковые элементы, имеют равные числовые значения.
- Боковые элементы – равнобедренные треугольники.
- Основание высоты фигуры попадает в центр многоугольника, при этом он одновременно является центральной точкой вписанной и описанной окружностей.
- Все боковые рёбра наклонены к плоскости основы под одинаковым углом.
- Все боковые поверхности имеют одинаковый угол наклона по отношению к основе.
Благодаря всем перечисленным свойствам, выполнение вычислений элементов намного упрощается. Исходя из приведенных свойств, обращаем внимание на два признака:
- В том случае, когда многоугольник вписывается в окружность, боковые грани будут иметь с основой равные углы.
- При описании окружности около многоугольника, все рёбра пирамиды, исходящие из вершины, будут иметь равную длину и равные углы с основой.
В основе лежит квадрат
Правильная четырёхугольная пирамида – многогранник, у которого в основе лежит квадрат.
У неё четыре боковых грани, которые по своему виду являются равнобедренными.
На плоскости квадрат изображают параллелограммом, но основываются на всех свойствах правильного четырёхугольника.
К примеру, если необходимо связать сторону квадрата с его диагональю, то используют следующую формулу: диагональ равна произведению стороны квадрата на корень квадратный из двух.
В основе лежит правильный треугольник
Правильная треугольная пирамида – многогранник, в основании которого лежит правильный 3-угольник.
Если основание является правильным треугольником, а боковые рёбра равны ребрам основания, то такая фигура называется тетраэдром.
Все грани тетраэдра являются равносторонними 3-угольниками. В данном случае необходимо знать некоторые моменты и не тратить на них время при вычислениях:
- угол наклона ребер к любому основанию равен 60 градусов;
- величина всех внутренних углов граней также составляет 60 градусов;
- любая грань может выступить основанием;
- высоты, проведённые внутри фигуры, это равные элементы.
Сечения многогранника
В любом многограннике различают несколько видов сечения плоскостью. Зачастую в школьном курсе геометрии работают с двумя:
- осевое;
- параллельное основе.
Осевое сечение получают при пересечении плоскостью многогранника, которая проходит через вершину, боковые рёбра и ось. В данном случае осью является высота, проведённая из вершины. Секущая плоскость ограничивается линиями пересечения со всеми гранями, в результате получаем треугольник.
[warning]Внимание! В правильной пирамиде осевым сечением является равнобедренный треугольник.[/warning]
Если секущая плоскость проходит параллельно основанию, то в результате получаем второй вариант. В этом случае имеем в разрезе фигуру, подобную основе.
К примеру, если в основании лежит квадрат, то сечение параллельно основе также будет квадратом, только меньших размеров.
При решении задач при таком условии используют признаки и свойства подобия фигур, основанные на теореме Фалеса. В первую очередь необходимо определить коэффициент подобия.
Если плоскость проведена параллельно основе, и она отсекает верхнюю часть многогранника, то в нижней части получают правильную усеченную пирамиду. Тогда говорят, что основы усеченного многогранника являются подобными многоугольниками. В этом случае боковые грани являются равнобокими трапециями. Осевым сечением также является равнобокая трапеция.
Для того чтобы определить высоту усеченного многогранника, необходимо провести высоту в осевом сечении, то есть в трапеции.
Площади поверхностей
Основные геометрические задачи, которые приходится решать в школьном курсе геометрии, это нахождение площадей поверхности и объема у пирамиды.
Значение площади поверхности различают двух видов:
- площади боковых элементов;
- площади всей поверхности.
Из самого названия понятно, о чём идёт речь. Боковая поверхность включает в себя только боковые элементы. Из этого следует, что для ее нахождения необходимо просто сложить площади боковых плоскостей, то есть площади равнобедренных 3-угольников. Попробуем вывести формулу площади боковых элементов:
- Площадь равнобедренного 3-угольника равна Sтр=1/2(aL), где а – сторона основания, L – апофема.
- Количество боковых плоскостей зависит от вида k-го угольника в основании. К примеру, правильная четырехугольная пирамида имеет четыре боковые плоскости. Следовательно, необходимо сложить площади четырёх фигур Sбок=1/2(aL)+1/2(aL)+1/2(aL)+1/2(aL)=1/2*4а*L. Выражение упрощено таким способом потому, что значение 4а=Росн, где Росн – периметр основы. А выражение 1/2*Росн является её полупериметром.
- Итак, делаем вывод, что площадь боковых элементов правильной пирамиды равна произведению полупериметра основания на апофему: Sбок=Росн*L.
Площадь полной поверхности пирамиды состоит из суммы площадей боковых плоскостей и основания: Sп.п.= Sбок+Sосн.
Что касается площади основания, то здесь формула используется соответственно виду многоугольника.
Объем правильной пирамиды равен произведению площади плоскости основания на высоту, разделенную на три: V=1/3*Sосн*Н, где Н – высота многогранника.
Что такое правильная пирамиды в геометрии
Свойства правильной четырехугольной пирамиды
