Формули стереометрії з довідки НМТ: об’єми й площі поверхонь
~10 хв · 9 розділів · 8 тестових запитань
Формули з довідки НМТ для об'єму й бічної поверхні призми, піраміди, циліндра, конуса, кулі та площі сфери: як знайти висоту, апофему чи твірну з прямокутного трикутника всередині тіла й додати площі основ для повної поверхні.
У довідці НМТ зі стереометрії є чотири ключові формули для многогранників: дві для прямої призми й дві для правильної піраміди. Жодних інших многогранників (похила призма, неправильна піраміда, зрізана піраміда) у довідці немає, а формули зрізаних тіл — матеріал профільного рівня (П). Якщо такі тіла трапляться в задачі, площі граней і об'єми доведеться знаходити самостійно.
Пряма призма
Пряма призма — це многогранник, у якого бічні ребра перпендикулярні до площини основи. Саме тому висота H збігається з довжиною бічного ребра. У довідці записано:
Об'єм:
$V = S_{\text{осн}} \cdot H$Площа бічної поверхні:
$S_{\text{б}} = P_{\text{осн}} \cdot H$
Тут $S_{\text{осн}}$ — площа основи, $P_{\text{осн}}$ — периметр основи. Основою може бути будь-який многокутник — трикутник, прямокутник, ромб, трапеція. Площу основи беруть із планіметричної частини довідки.
Окремі випадки прямої призми — прямокутний паралелепіпед і куб. Для них формули спрощуються:
Прямокутний паралелепіпед:
$V = abc$, де a, b, c — три виміри.Куб:
$V = a^3$,$S_{\text{б}} = 4a^2$, де a — ребро.
Правильна піраміда
Правильна піраміда має в основі правильний многокутник, а вершина проєктується в центр цього многокутника. Формули з довідки:
Об'єм:
$V = \frac{1}{3} S_{\text{осн}} \cdot H$Площа бічної поверхні:
$S_{\text{б}} = \frac{1}{2} P_{\text{осн}} \cdot m$
Тут m — апофема, тобто висота бічної грані, проведена з вершини піраміди до сторони основи. Формула $S_{\text{б}} = \frac{1}{2} P_{\text{осн}} \cdot m$ працює лише для правильної піраміди — для неправильної довелося б обчислювати площу кожної бічної грані окремо.
Покрокові приклади
Правильна чотирикутна піраміда, сторона основи 6, висота 4. Основа — квадрат, тому $S_{\text{осн}} = 6^2 = 36$. Об'єм: $V = \frac{1}{3} \cdot 36 \cdot 4 = 48$. Апофему знаходимо з прямокутного трикутника: половина сторони основи дорівнює 3, висота 4, отже $m = \sqrt{4^2 + 3^2} = 5$. Периметр основи $P_{\text{осн}} = 4 \cdot 6 = 24$, тому $S_{\text{б}} = \frac{1}{2} \cdot 24 \cdot 5 = 60$.
Пряма призма з ромбом в основі. Діагоналі ромба 6 і 8, висота призми 10. Площу ромба знаходимо за формулою з планіметрії: $S_{\text{осн}} = \frac{1}{2} d_1 d_2 = \frac{1}{2} \cdot 6 \cdot 8 = 24$. Об'єм: $V = 24 \cdot 10 = 240$. Сторона ромба за теоремою Піфагора: $a = \sqrt{(d_1/2)^2 + (d_2/2)^2} = \sqrt{3^2 + 4^2} = 5$. Периметр $P_{\text{осн}} = 4 \cdot 5 = 20$, бічна поверхня $S_{\text{б}} = 20 \cdot 10 = 200$.
Тіла обертання — циліндр, конус і куля — займають окремий блок у довідці НМТ. Для кожного з них дано формули об'єму, а для циліндра й конуса — ще й площі бічної поверхні. Сфера (поверхня кулі) має лише формулу площі.
Циліндр
Циліндр утворюється обертанням прямокутника навколо однієї з його сторін. Формули:
Об'єм:
$V = \pi R^2 H$Площа бічної поверхні:
$S_{\text{б}} = 2\pi R H$
Тут R — радіус основи, H — висота; у прямому циліндрі вона дорівнює твірній. Приклад: циліндр із радіусом 2 і висотою 5 має $V = \pi \cdot 2^2 \cdot 5 = 20\pi$ і $S_{\text{б}} = 2\pi \cdot 2 \cdot 5 = 20\pi$.
Конус
Конус утворюється обертанням прямокутного трикутника навколо катета. Формули:
Об'єм:
$V = \frac{1}{3} \pi R^2 H$Площа бічної поверхні:
$S_{\text{б}} = \pi R L$
Тут L — твірна конуса (відрізок від вершини до точки на колі основи). Будьте уважні: буква L у довідці має два значення — у формулі конуса це твірна, а в планіметрії $L = 2\pi R$ — довжина кола. Приклад: конус із радіусом 3 і висотою 4. За теоремою Піфагора $L = \sqrt{3^2 + 4^2} = 5$. Тоді $V = \frac{1}{3} \pi \cdot 9 \cdot 4 = 12\pi$, $S_{\text{б}} = \pi \cdot 3 \cdot 5 = 15\pi$.
Куля та сфера
Куля — це тіло, обмежене сферичною поверхнею. Формули:
Об'єм кулі:
$V = \frac{4}{3} \pi R^3$Площа сфери:
$S = 4\pi R^2$
Приклад: куля радіуса 3 має $V = \frac{4}{3} \pi \cdot 27 = 36\pi$ і площа сфери $S = 4\pi \cdot 9 = 36\pi$. Збіг чисел — випадковий; загалом об'єм і площа сфери чисельно різні.
Важливе застереження: радіус, а не діаметр
У всіх формулах стереометрії R позначає радіус. Якщо в задачі дано діаметр, обов'язково поділіть його навпіл. Наприклад, куля з діаметром 6 має радіус 3, тому $V = \frac{4}{3} \pi \cdot 3^3 = 36\pi$. Помилка «узяти діаметр замість радіуса» дасть $V = \frac{4}{3} \pi \cdot 6^3 = 288\pi$ — у 8 разів більше, і така відповідь часто фігурує серед дистракторів.
У довідці НМТ для многогранників і тіл обертання наведено лише площу бічної поверхні. Площу повної поверхні доводиться обчислювати самостійно, додаючи до бічної поверхні площі основ. Це одна з найпоширеніших пасток: учень бере з довідки $S_{\text{б}}$ і помилково вважає її повною поверхнею.
Як знаходити повну поверхню
Тіло | Повна поверхня | Пояснення |
|---|---|---|
Пряма призма | Дві основи (верхня й нижня) | |
Правильна піраміда | Одна основа | |
Циліндр | Два круги | |
Конус | Один круг | |
Куля (сфера) | Повна поверхня = площа сфери |
Приклади
Куб з ребром 3. Бічна поверхня складається з чотирьох граней: $S_{\text{б}} = 4 \cdot 3^2 = 36$. Додаємо дві основи (верхню й нижню грані): $S_{\text{п}} = 36 + 2 \cdot 9 = 54$.
Циліндр із радіусом 2 і висотою 5. Бічна поверхня $S_{\text{б}} = 2\pi \cdot 2 \cdot 5 = 20\pi$. Площа кожного круга основи $\pi \cdot 2^2 = 4\pi$. Повна поверхня: $S_{\text{п}} = 20\pi + 2 \cdot 4\pi = 28\pi$.
Чого в довідці немає
Формул для зрізаної піраміди та зрізаного конуса в довідці НМТ немає. Це матеріал профільного рівня (П). Якщо в задачі трапиться зрізане тіло, його об'єм можна знайти як різницю об'ємів повного тіла й відтятої верхівки. Наприклад, об'єм зрізаного конуса дорівнює об'єму великого конуса мінус об'єм малого конуса, подібного до великого.
У довідці НМТ не записано, як знаходити висоту H, апофему m чи твірну L. Ці величини беруть із прямокутних трикутників, які «ховаються» всередині кожного тіла. Щоб застосувати формулу з довідки, спершу потрібно знайти ці лінійні елементи за теоремою Піфагора або тригонометричними співвідношеннями.
Правильна піраміда
У правильній піраміді є два ключові прямокутні трикутники:
Трикутник «висота H — радіус вписаного кола основи r — апофема m»:
$m^2 = H^2 + r^2$Трикутник «висота H — радіус описаного кола основи R — бічне ребро l»:
$l^2 = H^2 + R^2$
Для правильної чотирикутної піраміди зі стороною основи a радіус вписаного кола (відстань від центра основи до сторони) дорівнює $r = a/2$, а радіус описаного кола (відстань від центра до вершини квадрата) — $R = a\sqrt{2}/2$.
Конус
Осьовий переріз конуса — рівнобедрений трикутник з основою $2R$ і бічними сторонами L (твірна). Висота конуса H ділить цей трикутник на два прямокутні, звідки:
$L^2 = R^2 + H^2$
Якщо відомі твірна й радіус, висоту знаходять як $H = \sqrt{L^2 - R^2}$.
Циліндр
Осьовий переріз циліндра — прямокутник із шириною $2R$ (діаметр основи) і висотою H. Діагональ цього прямокутника (якщо вона дана в задачі) пов'язана з радіусом і висотою: $d^2 = (2R)^2 + H^2$.
Куля
Переріз кулі площиною — круг. Якщо площина знаходиться на відстані d від центра кулі, то радіус перерізу r пов'язаний із радіусом кулі R:
$r^2 = R^2 - d^2$
Це дає змогу знаходити об'єм кулі, якщо відома площа перерізу, або радіус перерізу, якщо відома відстань.
Вправа «формула — задача № 21»
У задачах типу № 21 (коротка відповідь, 2 бали) часто потрібно спершу знайти лінійний елемент, а потім застосувати формулу з довідки:
Пряма призма — об'єм через діагональний переріз: знайдіть висоту з діагоналі прямокутника.
Піраміда — об'єм за апофемою й стороною основи: знайдіть висоту з
$m^2 = H^2 + r^2$Циліндр — бічна поверхня за осьовим перерізом: знайдіть R або H із прямокутника.
Конус — об'єм за твірною й радіусом: знайдіть H з
$L^2 = R^2 + H^2$Куля — об'єм за площею перерізу: знайдіть R з
$r^2 = R^2 - d^2$
Розгляньмо чотири завдання, які охоплюють усі типи тіл і формати відповідей на НМТ.
Приклад 1. Пряма призма з ромбом в основі
Умова: Основа прямої призми — ромб з діагоналями 10 см і 24 см, бічне ребро 8 см. Знайдіть площу бічної поверхні (у см²). Відповідь запишіть десятковим дробом.
Розв'язання:
Знаходимо сторону ромба. Половини діагоналей: 5 см і 12 см. За теоремою Піфагора:
$a = \sqrt{5^2 + 12^2} = \sqrt{25 + 144} = \sqrt{169} = 13$см.Периметр основи:
$P_{\text{осн}} = 4 \cdot 13 = 52$см.Бічна поверхня:
$S_{\text{б}} = P_{\text{осн}} \cdot H = 52 \cdot 8 = 416$см².
Відповідь: 416.
Типові пастки:
960 — той, хто обчислив об'єм
$V = S_{\text{осн}} \cdot H$, де$S_{\text{осн}} = \frac{1}{2} \cdot 10 \cdot 24 = 120$, отримав$120 \cdot 8 = 960$. Умова просила бічну поверхню, а не об'єм.656 — додав до бічної поверхні дві основи:
$416 + 2 \cdot 120 = 656$. Це площа повної поверхні, а питали бічну.
Приклад 2. Конус: твірна й радіус
Умова: Твірна конуса дорівнює 10, радіус основи — 6. Знайдіть об'єм конуса.
Розв'язання:
Знаходимо висоту:
$H = \sqrt{L^2 - R^2} = \sqrt{10^2 - 6^2} = \sqrt{100 - 36} = \sqrt{64} = 8$Об'єм:
$V = \frac{1}{3} \pi R^2 H = \frac{1}{3} \pi \cdot 36 \cdot 8 = 96\pi$
Відповідь: 96π.
Аналіз дистракторів:
120π — узяли висоту
$H = L = 10$, не застосувавши теорему Піфагора.288π — забули множник
$\frac{1}{3}$:$\pi \cdot 36 \cdot 8 = 288\pi$60π — обчислили площу бічної поверхні
$S_{\text{б}} = \pi R L = \pi \cdot 6 \cdot 10 = 60\pi$, а питали об'єм.96 — знайшли числове значення без
$\pi$:$\frac{1}{3} \cdot 36 \cdot 8 = 96$, забувши, що в формулі є$\pi$
Приклад 3. Правильна чотирикутна піраміда
Умова: Сторона основи правильної чотирикутної піраміди дорівнює 10, апофема — 13. Знайдіть об'єм піраміди.
Розв'язання:
Основа — квадрат,
$S_{\text{осн}} = 10^2 = 100$Радіус вписаного кола для квадрата:
$r = a/2 = 5$Висота з трикутника:
$H = \sqrt{m^2 - r^2} = \sqrt{13^2 - 5^2} = \sqrt{169 - 25} = \sqrt{144} = 12$Об'єм:
$V = \frac{1}{3} \cdot 100 \cdot 12 = 400$
Відповідь: 400.
Типові пастки:
433,33… — узяли висоту
$H = m = 13$, отримали$V = \frac{1}{3} \cdot 100 \cdot 13 = 433\frac{1}{3}$. Нескінченний десятковий дріб у відповіді — сигнал, що ви припустилися помилки: на НМТ відповіді до коротких завдань завжди скінченні.260 — обчислили площу бічної поверхні
$S_{\text{б}} = \frac{1}{2} \cdot 40 \cdot 13 = 260$, а питали об'єм.
Приклад 4. Куля за площею сфери
Умова: Площа сфери дорівнює 36π. Знайдіть об'єм кулі.
Розв'язання:
З формули площі сфери знаходимо радіус:
$4\pi R^2 = 36\pi \Rightarrow R^2 = 9 \Rightarrow R = 3$Об'єм кулі:
$V = \frac{4}{3} \pi R^3 = \frac{4}{3} \pi \cdot 27 = 36\pi$
Відповідь: 36π.
Аналіз дистракторів:
288π — узяли
$R = 6$(не поділили 36 на 4, а взяли$R^2 = 36$), тоді$V = \frac{4}{3} \pi \cdot 216 = 288\pi$108π — обчислили
$4\pi R^3 = 4\pi \cdot 27 = 108\pi$, переплутавши формули об'єму кулі й площі сфери.27π — обчислили
$\pi R^3 = 27\pi$, забувши множник$\frac{4}{3}$12π — обчислили
$\frac{4}{3} \pi \cdot 9 = 12\pi$, підставивши$R^2$замість$R^3$
Ось типові помилки в задачах на об'єми й площі поверхонь.
Беруть бічну поверхню з довідки як повну й не додають основи. У довідці дано лише
$S_{\text{б}}$. Якщо в задачі питають площу повної поверхні, обов'язково додайте площі основ: для призми —$+2S_{\text{осн}}$, для піраміди —$+S_{\text{осн}}$, для циліндра —$+2\pi R^2$, для конуса —$+\pi R^2$В об'ємі піраміди чи конуса забувають множник ⅓. Об'єм піраміди
$V = \frac{1}{3} S_{\text{осн}} \cdot H$, конуса$V = \frac{1}{3} \pi R^2 H$. Без$\frac{1}{3}$результат буде втричі більшим — і майже завжди збігається з одним із дистракторів.Плутають апофему m з висотою H піраміди або твірну L з висотою H конуса. Апофема — висота бічної грані, а не всієї піраміди. Твірна — похилий відрізок від вершини до основи, а не висота. Їх пов'язує теорема Піфагора:
$m^2 = H^2 + r^2$,$L^2 = R^2 + H^2$Підставляють діаметр замість радіуса. У всіх формулах стереометрії фігурує радіус R. Якщо дано діаметр, спершу поділіть його навпіл. Помилка дає занижений або завищений результат (наприклад, для кулі — у 8 разів).
Застосовують
$S_{\text{б}} = \frac{1}{2} P_{\text{осн}} \cdot m$до неправильної піраміди. Ця формула працює лише для правильної піраміди, де всі бічні грані — рівні рівнобедрені трикутники. Для неправильної піраміди кожну бічну грань обчислюють окремо.Плутають об'єм кулі
$\frac{4}{3} \pi R^3$і площу сфери$4\pi R^2$. У першій —$R^3$і множник$\frac{4}{3}$, у другій —$R^2$і множник$4$. Запам'ятайте: об'єм — кубічний (три виміри), площа — квадратична (два виміри).
Формули об'ємів і площ поверхонь належать до теми 6.2 програми НМТ з математики («Многогранники, тіла обертання»). У довідці, яку ви отримуєте на тестуванні, є всі формули, розглянуті в цьому юніті. Ваше завдання — правильно вибрати потрібну формулу й підставити в неї значення, попередньо знайшовши лінійні елементи.
Що варто знати про формат:
Завдання № 21 (демоваріант НМТ-2026). Коротка відповідь, 0 або 2 бали (без часткових балів). У демоваріанті це була задача на об'єм прямої призми з ромбом в основі через діагональний переріз. Потрібно було знайти площу основи за діагоналями ромба, висоту — з діагонального перерізу, а потім об'єм.
Завдання № 5 (демоваріант НМТ-2026). Вибір однієї відповіді з п'яти, 0 або 1 бал. Стосувалося взаємного розміщення прямих у просторі на елементах конуса — перевіряло просторову уяву, а не формули.
Формат короткої відповіді. Відповідь записують лише десятковим дробом (наприклад, 416, а не 416 см²). Звертайте увагу на положення коми й знак «мінус», якщо він є. Жодних одиниць вимірювання в бланку не пишуть.
Зрізані тіла. Формули зрізаної піраміди й зрізаного конуса — це матеріал профільного рівня (П). У довідці їх немає. Якщо в задачі трапиться зрізане тіло, об'єм можна знайти як різницю об'ємів.
Стратегія розв'язання:
Прочитайте умову й визначте, яке тіло дано (призма, піраміда, циліндр, конус, куля).
Відкрийте довідку на потрібній формулі (об'єм чи бічна поверхня).
Подивіться, яких величин не вистачає — висоти, апофеми, твірної.
Знайдіть їх на чернетці з прямокутного трикутника всередині тіла.
Підставте числа у формулу й обчисліть.
Якщо питають повну поверхню — додайте площі основ.
Чому в довідці немає площі повної поверхні?
Довідка НМТ містить мінімально необхідний набір формул. Площу повної поверхні творці тесту вважають елементарним додаванням: знайшов бічну поверхню за формулою з довідки, знайшов площу основи (теж із довідки, з планіметрії) — додав. Це перевіряє вашу здатність самостійно компонувати знання, а не просто копіювати готове.
Чим апофема відрізняється від висоти піраміди?
Висота піраміди H — це перпендикуляр від вершини до площини основи. Апофема m — це висота бічної грані, проведена з вершини піраміди до сторони основи. Апофема завжди довша за висоту (крім випадку, коли основа — точка, що неможливо). Їх пов'язує прямокутний трикутник: $m^2 = H^2 + r^2$, де r — радіус вписаного кола основи. У правильній чотирикутній піраміді $r = a/2$.
Чи можна застосувати формулу $S_{\text{б}} = \frac{1}{2} P_{\text{осн}} \cdot m$ до будь-якої піраміди?
Ні. Ця формула працює лише для правильної піраміди, де всі бічні грані — рівні рівнобедрені трикутники, а апофема в усіх граней однакова. У неправильній піраміді бічні грані можуть бути різними, і кожну доведеться обчислювати окремо (наприклад, за формулою площі трикутника через основу й висоту).
Як знайти висоту конуса, якщо відомі твірна й радіус?
Скористайтеся теоремою Піфагора в осьовому перерізі конуса. Осьовий переріз — рівнобедрений трикутник з основою $2R$ і бічними сторонами L. Висота конуса ділить його на два прямокутні трикутники, де гіпотенуза — твірна L, один катет — радіус R, другий — висота H. Отже: $H = \sqrt{L^2 - R^2}$. Наприклад, якщо $L = 10$, $R = 6$, то $H = \sqrt{100 - 36} = \sqrt{64} = 8$.
Що робити зі зрізаним конусом, якщо його формул немає в довідці?
Формули зрізаного конуса (і зрізаної піраміди) справді відсутні в довідці НМТ, оскільки це матеріал профільного рівня (П). Якщо трапиться задача зі зрізаним тілом, її можна розв'язати через різницю об'ємів: знайдіть об'єм повного (великого) конуса й відніміть об'єм відтятої верхівки (малого конуса, подібного до великого). Коефіцієнт подібності знаходять із відношення радіусів або висот.
Пряма призма:
$V = S_{\text{осн}} \cdot H$,$S_{\text{б}} = P_{\text{осн}} \cdot H$. Висота дорівнює бічному ребру.Правильна піраміда:
$V = \frac{1}{3} S_{\text{осн}} \cdot H$,$S_{\text{б}} = \frac{1}{2} P_{\text{осн}} \cdot m$(лише для правильної!).Циліндр:
$V = \pi R^2 H$,$S_{\text{б}} = 2\pi R H$Конус:
$V = \frac{1}{3} \pi R^2 H$,$S_{\text{б}} = \pi R L$Куля та сфера:
$V = \frac{4}{3} \pi R^3$,$S = 4\pi R^2$Повна поверхня: бічна поверхня + площі основ. Додаємо самостійно — у довідці є лише бічна.
Висота, апофема, твірна: їх знаходимо з прямокутних трикутників усередині тіла за теоремою Піфагора.
Радіус, а не діаметр: у всіх формулах R — радіус. Діаметр завжди ділимо навпіл.
Множник ⅓: не забувайте
$\frac{1}{3}$в об'ємах піраміди й конуса.Зрізаних тіл у довідці немає: це профільний рівень (П). Об'єм — як різниця об'ємів повного тіла й верхівки.