Призма

Призма (Задание 3)

В задании 3 призма - один из главных «кирпичиков» стереометрии. Отдельных задач по ней в банке не так много, но формулы призмы и прямоугольного параллелепипеда нужны ещё и в комбинированных задачах: шар в призме, составной многогранник, отсечение части призмы плоскостью.

Хорошая новость: вся теория сводится к двум базовым формулам (объём и боковая поверхность) плюс умение находить площадь основания и, для параллелепипеда и куба, - длину диагонали.

Что такое призма

Призма - это многогранник, у которого два основания лежат в параллельных плоскостях и равны друг другу, а боковые грани являются параллелограммами. В школьном курсе почти всегда работают с прямой призмой: её боковые рёбра перпендикулярны основаниям, а значит, боковые грани - прямоугольники.

Три вида призмы

Прямоугольный параллелепипед - частный случай прямой призмы: основание - прямоугольник со сторонами aa и bb, высота cc. Куб - ещё более частный: a=b=ca = b = c.

Основные формулы

Эти формулы - главный рабочий инструмент для любой задачи о призме.

Чтобы применять эти формулы, нужно быстро считать площадь основания. Чаще всего попадаются три типа:

Диагонали параллелепипеда и куба

Прямоугольный параллелепипед встречается в задании 3 регулярно - как отдельно, так и внутри задач на комбинированные тела. Особенно часто спрашивают его диагональ: отрезок, соединяющий две противоположные вершины и проходящий через всё тело.

Диагональ прямоугольного параллелепипеда

Классический сюжет: отсечение по средней линии

Ещё один сюжет встречается в банке задач регулярно: через среднюю линию основания треугольной призмы проводят плоскость, параллельную боковому ребру. От исходной призмы отсекается маленькая треугольная призма с той же высотой hh.

Отсечение треугольной призмы по средней линии

Что происходит при таком разрезе:

  • стороны маленького треугольника AMNAMN ровно в 22 раза короче соответствующих сторон △ABC\triangle ABC (коэффициент подобия k=12k = \dfrac{1}{2});
  • периметр Pмал=12PболP_{\text{мал}} = \dfrac{1}{2} P_{\text{бол}}, значит, боковая поверхность делится на 22;
  • площадь Sмал=(12)2Sбол=14SболS_{\text{мал}} = \left(\dfrac{1}{2}\right)^2 S_{\text{бол}} = \dfrac{1}{4} S_{\text{бол}}, значит, объём делится на 44.

Алгоритм решения

Примеры решения

Разберём три задачи, покрывающие основные сюжеты темы: диагональ, правильная призма и отсечение по средней линии.

Пример 1. Диагональ прямоугольного параллелепипеда

Условие: Рёбра прямоугольного параллелепипеда, выходящие из одной вершины, равны 22, 33 и 66. Найди диагональ параллелепипеда.

Параллелепипед со сторонами 2, 3, 6

Решение:

  1. Применяй формулу диагонали прямоугольного параллелепипеда:
d=a2+b2+c2d = \sqrt{a^2 + b^2 + c^2}
  1. Подставляй a=2a = 2, b=3b = 3, c=6c = 6:
d=22+32+62=4+9+36=49=7d = \sqrt{2^2 + 3^2 + 6^2} = \sqrt{4 + 9 + 36} = \sqrt{49} = 7

Ответ: 77

Пример 2. Правильная шестиугольная призма

Условие: В правильной шестиугольной призме сторона основания равна 22, а высота равна 55. Найди площадь боковой поверхности призмы.

Правильная шестиугольная призма
Пример 3. Отсечение по средней линии

Условие: Объём треугольной призмы равен 120120. Через среднюю линию основания этой призмы проведена плоскость, параллельная боковому ребру. Найди объём оставшейся части призмы.

Оставшаяся часть призмы после отсечения

Частые ошибки

Что запомнить

  • Объём любой призмы: V=Sосн⋅hV = S_{\text{осн}} \cdot h. Боковая поверхность прямой призмы: Sбок=Pосн⋅hS_{\text{бок}} = P_{\text{осн}} \cdot h.
  • Площади оснований: правильный треугольник - a234\dfrac{a^2\sqrt{3}}{4}, квадрат - a2a^2, правильный шестиугольник - 3a232\dfrac{3a^2\sqrt{3}}{2}.
  • Диагональ прямоугольного параллелепипеда: d=a2+b2+c2d = \sqrt{a^2+b^2+c^2}. Диагональ куба: d=a3d = a\sqrt{3}.
  • Средняя линия основания треугольной призмы: объём делится на 44, боковая поверхность - на 22.

Стратегия на экзамене

Проверь себя
  1. Чему равна диагональ прямоугольного параллелепипеда с рёбрами aa, bb, cc?
  2. Площадь боковой поверхности прямой призмы равна
  3. Через среднюю линию основания треугольной призмы провели плоскость параллельно боковому ребру. Во сколько раз объём отсечённой призмы меньше объёма исходной?
  4. Чему равна диагональ куба с ребром aa?