Перейти до основного вмісту
Каталог

Прямокутний паралелепіпед і куб

~15 хв · 9 розділів · 10 тестових запитань

Стереометрія
Математика НМТ

Частина кар’єрної траєкторії Підготовка до НМТ 2027: Математика — повний курс.

Формули об'єму й площі поверхні прямокутного паралелепіпеда та куба, діагональ паралелепіпеда й діагональ грані. Розв'язування практичних задач про місткість акваріума, фарбування стін кімнати з переведенням одиниць об'єму (літри, кубічні метри, кубічні дециметри).

Прямокутний паралелепіпед і куб: елементи

Прямокутний паралелепіпед — це многогранник, усі шість граней якого є прямокутниками. Уявіть звичайну коробку з-під взуття або цеглину: кожна грань — це прямокутник, а протилежні грані рівні між собою та лежать у паралельних площинах. Прямокутний паралелепіпед має 12 ребер і 8 вершин.

Три основні виміри паралелепіпеда позначають літерами a (довжина), b (ширина) і c (висота). Ребра утворюють три групи по чотири рівні паралельні ребра: по чотири ребра завдовжки a, по чотири завдовжки b і по чотири завдовжки c. Тому сума довжин усіх ребер дорівнює 4(a + b + c). Прямокутний паралелепіпед — це окремий випадок прямої призми, в основі якої лежить прямокутник.

Позначення

Вершини прямокутного паралелепіпеда позначають так, як показано на рисунку: нижню основу — ABCD, верхню основу — A₁B₁C₁D₁. Тоді бічні ребра — це AA₁, BB₁, CC₁, DD₁. Усі бічні ребра рівні між собою та дорівнюють висоті c.

Куб — окремий випадок

Куб — це прямокутний паралелепіпед, у якого всі три виміри рівні: a = b = c. Отже, усі шість граней куба — рівні квадрати. Куб має 12 ребер однакової довжини, тому сума довжин усіх ребер куба дорівнює 12a.

Приклад: каркас коробки

Скільки сантиметрів дроту потрібно, щоб виготовити каркас коробки розміром 30 × 20 × 10 см? Сума довжин усіх ребер: a = 30 см, b = 20 см, c = 10 см. 4(a + b + c) = 4 · (30 + 20 + 10) = 4 · 60 = 240 см.

Рендеринг діаграми…

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Об'єм і площа поверхні

Об'єм прямокутного паралелепіпеда — це місткість фігури, тобто скільки простору вона займає. Формула об'єму проста: V = abc, де a, b, c — довжини трьох вимірів. Оскільки прямокутний паралелепіпед — це пряма призма, його об'єм можна також обчислити як добуток площі основи на висоту: V = Sосн · c, де Sосн = ab.

Для куба, в якого всі виміри рівні (a = b = c), формула спрощується: V = a³.

Площа поверхні

Площа поверхні прямокутного паралелепіпеда — це сума площ усіх шести граней. Протилежні грані рівні, тому маємо три пари однакових прямокутників: дві грані a × b, дві грані b × c і дві грані a × c. Звідси формула:

S = 2(ab + bc + ac)

Для куба S = 6a², бо кожна з шести граней — квадрат зі стороною a.

Приклад: паралелепіпед 5 × 4 × 3

Об'єм: V = 5 · 4 · 3 = 60 (кубічних одиниць). Площа поверхні: S = 2(5·4 + 4·3 + 5·3) = 2(20 + 12 + 15) = 2 · 47 = 94 (квадратних одиниць).

Обернені задачі

Знаючи об'єм куба, можна знайти його ребро: a = ∛V. Наприклад, куб з об'ємом 64 має ребро a = 4, а його площа поверхні S = 6 · 16 = 96.

Знаючи площу поверхні куба, знаходимо ребро: a² = S / 6, потім a = √(S/6). Якщо S = 150, то a² = 150 / 6 = 25, отже a = 5.

Якщо відомі об'єм V і дві сторони основи, висоту знаходимо як c = V / (ab). Наприклад, паралелепіпед з V = 120 і дном 5 × 4 має висоту c = 120 / 20 = 6.

Як змінюються величини

Якщо ребро куба збільшити вдвічі, нова довжина ребра — 2a. Тоді площа поверхні стане S' = 6(2a)² = 6 · 4a² = 4 · 6a² = 4S, тобто зросте в 4 рази. Об'єм стане V' = (2a)³ = 8a³ = 8V, тобто зросте у 8 разів. Ця закономірність важлива: лінійне збільшення розмірів дає квадратичне зростання площі й кубічне зростання об'єму.

Величина

Паралелепіпед

Куб

Об'єм V

abc

a³

Площа поверхні S

2(ab + bc + ac)

6a²

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Діагональ грані й діагональ паралелепіпеда

У прямокутному паралелепіпеді є два типи діагоналей: діагональ грані та діагональ самого паралелепіпеда. Важливо навчитися їх розрізняти, бо на НМТ ці поняття часто плутають.

Діагональ грані

Діагональ грані — це відрізок, що з'єднує дві протилежні вершини однієї грані. Якщо грань — прямокутник зі сторонами a та b, то її діагональ обчислюють за теоремою Піфагора: dграні = √(a² + b²). Наприклад, діагональ грані 3 × 4 дорівнює √(9 + 16) = √25 = 5.

Діагональ паралелепіпеда

Діагональ прямокутного паралелепіпеда з'єднує дві вершини, що не лежать в одній грані. Наприклад, вершину A нижньої основи з вершиною C₁ верхньої основи (AC₁). У прямокутному паралелепіпеді є чотири такі діагоналі (AC₁, BD₁, CA₁, DB₁), і всі вони рівні між собою.

Формулу для діагоналі d виводять за теоремою Піфагора двічі. Спочатку знаходять діагональ основи AC = √(a² + b²). Потім розглядають прямокутний трикутник ACC₁, де катет AC — діагональ основи, а катет CC₁ = c — висота. Звідси:

d² = AC² + CC₁² = a² + b² + c², тобто d = √(a² + b² + c²)

Усі чотири діагоналі прямокутного паралелепіпеда перетинаються в одній точці — центрі симетрії — і діляться цією точкою навпіл.

Діагоналі куба

Для куба з ребром a діагональ грані дорівнює a√2 (бо грань — квадрат зі стороною a). Діагональ куба: d = √(a² + a² + a²) = √(3a²) = a√3.

Приклади обчислень

  • Паралелепіпед 3 × 4 × 12: d = √(9 + 16 + 144) = √169 = 13

  • Куб з ребром 2: d = 2√3 (діагональ куба), діагональ грані = 2√2

  • Діагональ куба дорівнює 6√3, знайдіть ребро: a√3 = 6√3 ⇒ a = 6

Рендеринг діаграми…

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Практичні задачі: місткість і фарбування

Задачі практичного змісту трапляються на НМТ і зі стереометрії: програма прямо вимагає вміти їх розв'язувати. Вони перевіряють твій навик застосовувати формули в реальних ситуаціях: скільки води в акваріумі, скільки фарби потрібно для кімнати, який об'єм коробки.

Переведення одиниць об'єму

В усіх практичних задачах спершу переконайся, що всі виміри подано в одних одиницях. Основні співвідношення:

  • 1 л = 1 дм³ = 1000 см³

  • 1 мл = 1 см³

  • 1 м³ = 1000 дм³ = 1000 л

Найпоширеніша пастка: отримавши об'єм у см³, не перевести його в літри, поділивши на 1000. Пам'ятай: 45 000 см³ — це не 45 000 л, а 45 л.

Задача про акваріум

Акваріум має форму прямокутного паралелепіпеда з довжиною 50 см, шириною 30 см і висотою 40 см. Воду налили до висоти 32 см. Скільки літрів води в акваріумі?

Важливо: висоту беремо до рівня води (32 см), а не до висоти акваріума (40 см). Об'єм води:

V = 50 · 30 · 32 = 48 000 см³ = 48 дм³ = 48 л

Задача про фарбування кімнати

Кімната завдовжки 5 м, завширшки 4 м і заввишки 2,5 м. Скільки квадратних метрів стін треба пофарбувати?

Стіни кімнати — це бічна поверхня прямокутного паралелепіпеда. Площа стін: Sстін = 2(a + b) · h, де a — довжина, b — ширина, h — висота. Підлогу й стелю не додаємо. Якщо в кімнаті є вікна й двері, їхню площу віднімаємо:

S = 2(5 + 4) · 2,5 = 2 · 9 · 2,5 = 45 м²

Якщо в задачі дано площу вікон і дверей (скажімо, 6 м²), то фарбувати треба 45 − 6 = 39 м². Кількість банок фарби завжди округлюють угору.

Коробка без кришки

Якщо коробка не має кришки (наприклад, для пакування подарунка), то площа поверхні, яку треба обклеїти, складається з дна ab і чотирьох бічних граней:

S = ab + 2(ac + bc)

Тут ab — дно, а дві пари бічних граней — ac і bc.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Розбираємо завдання

Розгляньмо типові завдання НМТ та розв'яжемо їх крок за кроком.

Приклад 1. Кількість ребер

Завдання (вибір однієї відповіді з п'яти): Скільки ребер має прямокутний паралелепіпед?

Розв'язання: Прямокутний паралелепіпед має 12 ребер: 4 ребра довжиною a, 4 — довжиною b і 4 — довжиною c. Відповідь: 12.

Чому інші варіанти неправильні? 6 — це кількість граней; 8 — кількість вершин; 24 і 4 — не відповідають жодному з елементів паралелепіпеда.

Приклад 2. Діагональ паралелепіпеда

Завдання (вибір однієї з п'яти): Знайдіть діагональ прямокутного паралелепіпеда з вимірами 2, 3 і 6.

Розв'язання: d = √(a² + b² + c²) = √(4 + 9 + 36) = √49 = 7. Відповідь: 7.

Типові помилки: √13 — це діагональ грані 2 × 3; 3√5 — діагональ грані 3 × 6; 11 — сума вимірів, а не діагональ; 49 — квадрат діагоналі, а не сама діагональ.

Приклад 3. Акваріум

Завдання (коротка відповідь — число): Акваріум у формі прямокутного паралелепіпеда має дно 60 × 25 см. Вода стоїть на висоті 30 см. Скільки літрів води в акваріумі?

Розв'язання: V = 60 · 25 · 30 = 45 000 см³. Переводимо в літри: 45 000 см³ = 45 дм³ = 45 л. Відповідь: 45.

Пастки: 45 000 (не перевели см³ у літри); 4,5 (помилково вважали, що 1 л = 10 000 см³).

Приклад 4. Фарбування кімнати

Завдання (коротка відповідь): Кімната завдовжки 6 м, завширшки 4 м і заввишки 2,5 м. Вікна й двері разом займають 5,5 м². Скільки квадратних метрів стін треба пофарбувати?

Розв'язання: Площа стін = 2(a + b) · h = 2 · (6 + 4) · 2,5 = 2 · 10 · 2,5 = 50 м². Віднімаємо вікна й двері: 50 − 5,5 = 44,5 м². Відповідь: 44,5.

Пастки: 50 (не відняли вікна й двері); 92,5 (додали підлогу 6·4 = 24 і стелю 24 до 44,5).

Приклад 5. Площа поверхні та об'єм куба

Завдання (вибір однієї з п'яти): Площа поверхні куба дорівнює 54. Знайдіть його об'єм.

Розв'язання: S = 6a² = 54 ⇒ a² = 9 ⇒ a = 3. Тоді V = a³ = 27. Відповідь: 27.

Чому інші варіанти неправильні? 9 — це площа однієї грані (a²); 729 — отримали, якщо взяти a = 9 (не добули корінь); 54 — площа поверхні, а не об'єм; 18 — помилкове ділення 54 / 3.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Типові помилки й пастки

  • Плутають діагональ грані з діагоналлю паралелепіпеда. Діагональ грані — √(a² + b²), діагональ паралелепіпеда — √(a² + b² + c²). Завжди перевіряй, скільки вимірів входить у формулу.

  • У площі поверхні рахують лише три різні грані й забувають множник 2. Прямокутний паралелепіпед має шість граней, але три пари однакових. Правильна формула: S = 2(ab + bc + ac).

  • Не переводять одиниці. Множать сантиметри на метри або вважають, що 1 м³ = 100 л. Запам'ятай: 1 м³ = 1000 л, а всі виміри перед обчисленням мають бути в одній одиниці.

  • У задачі про фарбування додають підлогу й стелю. Коли фарбують стіни кімнати, площа стін — це бічна поверхня: 2(a + b) · h. Підлогу й стелю не фарбують (якщо в умові не сказано інше). Не забудь відняти площу вікон і дверей.

  • Плутають кількість граней, ребер і вершин. У прямокутного паралелепіпеда та куба: 6 граней, 12 ребер, 8 вершин. Легко переплутати ці числа між собою.

  • З площі поверхні куба знаходять ребро як S / 6, не добуваючи квадратного кореня. Якщо S = 54, то a² = 54 / 6 = 9, тому a = √9 = 3. Не забувай добувати корінь!

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Як це перевіряють на НМТ

Тема «Прямокутний паралелепіпед і куб» належить до теми «Многогранники, тіла обертання» розділу «Стереометрія» програми НМТ. Програма вимагає розв'язувати задачі, зокрема практичного змісту, на обчислення об'ємів і площ поверхонь геометричних тіл.

Формат завдань

  • Серед позицій 1–3 тесту може трапитися найпростіший факт геометрії (наприклад, кількість граней призми). Формат: вибір однієї відповіді з п'яти (А–Д). Оцінювання: 0 або 1 бал без часткових. Це дешевий бал до порогу (5 тестових балів із 32).

  • Позиція № 21 бланка — коротка відповідь зі стереометрії. Формат: одне число десятковим дробом, без одиниць виміру. Оцінювання: 0 або 2 бали без часткових.

Довідкові матеріали

У довідкових матеріалах НМТ наведено формули: V = Sосн · H (об'єм призми) і Sбічна = Pосн · H (бічна поверхня призми). Оскільки прямокутний паралелепіпед — це пряма призма, ці формули можна застосовувати. Теорема Піфагора також є в довідкових матеріалах — з неї ти виведеш формулу діагоналі. Площу повної поверхні доведеться складати самостійно з окремих граней.

Стратегія

Для впевненого розв'язання задач з цієї теми на НМТ тобі потрібно: знати напам'ять формули об'єму та площі поверхні прямокутного паралелепіпеда й куба; уміти виводити формулу діагоналі за теоремою Піфагора; вільно переводити кубічні одиниці (особливо см³ → літри); уважно читати умову практичних задач і визначати, які грані входитимуть у розрахунок.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Питання й відповіді

Чим діагональ грані відрізняється від діагоналі паралелепіпеда?

Діагональ грані лежить на одній із шести граней і з'єднує дві протилежні вершини цієї грані. Її довжина обчислюється за двома вимірами: √(a² + b²) для прямокутника a × b. Діагональ паралелепіпеда проходить крізь внутрішній простір фігури, з'єднуючи вершини, що не належать одній грані. Її довжина залежить від усіх трьох вимірів: √(a² + b² + c²). Ніколи не плутай їх на НМТ!

Скільки літрів у кубічному метрі?

В одному кубічному метрі — 1000 літрів. Чому? 1 м = 10 дм, тому 1 м³ = 10 · 10 · 10 = 1000 дм³. А оскільки 1 л = 1 дм³, то 1 м³ = 1000 л. Відповідно, 1 л = 0,001 м³.

Чи є формула об'єму прямокутного паралелепіпеда в довідкових матеріалах?

У довідкових матеріалах НМТ наведено формулу об'єму призми V = Sосн · H. Прямокутний паралелепіпед — це пряма призма з прямокутною основою, тому Sосн = ab, H = c, і V = abc. Окремої формули V = abc в довідкових матеріалах немає, але ти можеш легко її вивести. Формули площі поверхні в довідкових матеріалах немає — її треба пам'ятати або складати самостійно.

Чому при збільшенні ребра куба вдвічі об'єм зростає у вісім разів?

Об'єм куба V = a³. Якщо ребро збільшити вдвічі, нове ребро стане 2a. Тоді новий об'єм V' = (2a)³ = 8a³ = 8V. Об'єм — кубічна функція від лінійного розміру, тому при збільшенні ребра в k разів об'єм зростає в k³ разів. Це загальна властивість подібних фігур: лінійні розміри в k разів → площі в k² разів → об'єми в k³ разів.

Що рахувати, коли фарбують лише стіни кімнати?

Коли фарбують лише стіни кімнати, рахують бічну поверхню прямокутного паралелепіпеда: 2(a + b) · h, де a — довжина, b — ширина, h — висота кімнати. Підлогу й стелю до уваги не беруть. Якщо в умові є площа вікон і дверей, її віднімають. Якщо треба визначити кількість банок фарби, загальну площу ділять на витрату фарби з однієї банки та округлюють угору.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Коротко: головне

  • Елементи: прямокутний паралелепіпед і куб мають 6 граней, 12 ребер і 8 вершин. Сума довжин усіх ребер паралелепіпеда: 4(a + b + c); куба: 12a.

  • Об'єм: V = abc (паралелепіпед), V = a³ (куб).

  • Площа поверхні: S = 2(ab + bc + ac) (паралелепіпед), S = 6a² (куб).

  • Діагональ: d² = a² + b² + c², d = √(a² + b² + c²). Діагональ куба: a√3. Діагональ грані куба: a√2.

  • Одиниці об'єму: 1 л = 1 дм³ = 1000 см³, 1 м³ = 1000 л.

  • Стіни кімнати: бічна поверхня 2(a + b)h, мінус площа вікон і дверей. Підлогу й стелю не додаємо.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Самоперевірка

Перевірте себе на цьому юніті

Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.

1. Знайдіть діагональ прямокутного паралелепіпеда з вимірами 2, 3 і 6.

2. Знайдіть суму довжин усіх ребер прямокутного паралелепіпеда з вимірами 5 см, 3 см, 4 см.

3. Площа поверхні куба дорівнює 54. Знайдіть його об'єм.

4. Скільки граней має куб?

5. Об'єм прямокутного паралелепіпеда дорівнює 120, а його дно має розміри 5 × 4. Знайдіть висоту паралелепіпеда.

Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 10 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.

Приєднатися, щоб пройти тест