Пряма призма: площа поверхні й об’єм
~15 хв · 9 розділів · 10 тестових запитань
Прямі й правильні призми: обчислення площі бічної та повної поверхні, об'єму. Основа — трикутник, ромб, трапеція чи правильний шестикутник; висоту знаходимо через діагональний переріз або діагональ бічної грані.
У стереометрії призма — це многогранник, у якого дві грані (основи) є рівними n-кутниками, що лежать у паралельних площинах, а решта n граней (бічні) — паралелограми. Бічні ребра призми паралельні між собою й рівні за довжиною. Висота призми — це відстань між площинами її основ.
Пряма, похила й правильна призма
Якщо бічні ребра перпендикулярні до площини основи, таку призму називають прямою. У прямої призми всі бічні грані — прямокутники, а її висота h дорівнює довжині бічного ребра. Якщо ж бічні ребра не перпендикулярні до основи, призма називається похилою. У похилої призми бічні грані — паралелограми (але не обов'язково прямокутники), а висота менша за довжину бічного ребра.
Окремий важливий випадок — правильна призма. Це пряма призма, в основі якої лежить правильний многокутник. Наприклад:
правильна трикутна призма — основа — рівносторонній трикутник;
правильна чотирикутна призма — основа — квадрат;
правильна шестикутна призма — основа — правильний шестикутник.
Зверни увагу: не кожна пряма призма є правильною — лише та, чия основа є правильним многокутником. Наприклад, пряма призма з прямокутним трикутником в основі є прямою, але не правильною.
Діагональний переріз прямої призми
Діагональний переріз прямої призми — це переріз площиною, що проходить через два бічні ребра, які не лежать в одній бічній грані. Такий переріз завжди є прямокутником, дві сторони якого — діагональ основи d і висота призми h.
Наприклад, у прямій призмі з ромбом в основі можна побудувати два різні діагональні перерізи: один проходить через меншу діагональ ромба, інший — через більшу. Обидва перерізи — прямокутники розмірами і відповідно.
Розуміння цих означень — основа для обчислення площі поверхні та об'єму призми, які ми розглянемо далі.
Площа бічної поверхні прямої призми обчислюється за формулою, яка є в довідкових матеріалах НМТ: . Пояснення просте: якщо «розгорнути» бічну поверхню прямої призми в площину, утвориться прямокутник, одна сторона якого дорівнює периметру основи , а інша — висоті .
Площа повної поверхні включає ще й дві основи: . Цієї формули в довідці немає — її треба складати самостійно. Найпоширеніша помилка: додати лише одну основу замість двох. Пам'ятай: у призми дві основи й бічна поверхня.
Приклад із правильною трикутною призмою
Розглянемо правильну трикутну призму зі стороною основи і висотою . Оскільки основа — рівносторонній трикутник, її периметр . Тоді:
Площа рівностороннього трикутника:
Площа повної поверхні:
Приклад із правильною чотирикутною призмою
Правильна чотирикутна призма — це пряма призма, в основі якої квадрат. Нехай сторона основи , висота . Периметр основи . Бічна поверхня: . Площа основи (квадрата): . Повна поверхня: .
Приклад із прямокутним трикутником в основі
Основа прямої призми — прямокутний трикутник з катетами і . Гіпотенуза такого трикутника дорівнює . Периметр основи: . Площа основи: .
Якщо висота призми , то:
Зверни увагу: у бічній поверхні ми множимо саме периметр основи на висоту, а не площу основи. Це часта пастка — не плутай (суму сторін) і (площу).
Формула об'єму призми є в довідкових матеріалах НМТ: , де — висота призми. Вона працює для будь-якої призми — прямої, похилої, правильної. Головне — правильно знайти площу основи, використовуючи знання з планіметрії.
Площі основ, які тобі знадобляться на НМТ:
Фігура | Формула площі |
|---|---|
Трикутник (загальний) | або |
Прямокутний трикутник | (a, b — катети) |
Рівносторонній трикутник | |
Ромб | |
Трапеція | |
Правильний шестикутник |
Приклад 1: ромб в основі
Основа прямої призми — ромб з діагоналями і . Сторону ромба знайдемо за теоремою Піфагора: . Площа основи: . Якщо висота призми , то об'єм: . Бічна поверхня: .
Приклад 2: рівнобічна трапеція в основі
Основа прямої призми — рівнобічна трапеція з основами і та бічною стороною . Щоб знайти висоту трапеції, проведемо дві висоти з верхньої основи на нижню. Вони «відтинають» два прямокутні трикутники з горизонтальним катетом . За теоремою Піфагора висота трапеції: . Площа трапеції: . За висоти призми отримуємо об'єм: .
Обернена задача — знаходження висоти за об'ємом
Іноді на НМТ дають об'єм призми й площу основи, а висоту треба знайти. Наприклад: об'єм прямої призми дорівнює , а її основа — квадрат зі стороною . Площа квадрата: . Тоді висота: .
Такий самий підхід працює для будь-якої основи: спочатку обчисли площу основи за планіметричною формулою, а потім поділи об'єм на цю площу.
Діагональний переріз — потужний інструмент для знаходження невідомих елементів призми. Нагадаємо: у прямій призмі діагональний переріз — це прямокутник, одна сторона якого дорівнює діагоналі основи d, а інша — висоті h. Якщо в основі лежить ромб, то в призмі можна побудувати два діагональні перерізи: один через меншу діагональ ромба , інший — через більшу . Їхні площі дорівнюють і відповідно.
Як знайти висоту через площу діагонального перерізу
Якщо відома площа діагонального перерізу S і відповідна діагональ основи d, то висоту призми знаходимо діленням: . Після цього об'єм обчислюємо за формулою .
Розглянь приклад. Основа прямої призми — ромб з діагоналями і . Площа більшого діагонального перерізу дорівнює . Оскільки більша діагональ ромба дорівнює , маємо . Площа основи (ромба): . Тоді об'єм: .
Діагональ бічної грані
Діагональ бічної грані теж допомагає знайти висоту. Бічна грань прямої призми — прямокутник, одна сторона якого дорівнює стороні основи a, а інша — висоті h. Діагональ бічної грані — це гіпотенуза прямокутного трикутника з катетами a і h:
Звідси .
Приклад: у правильній чотирикутній призмі сторона основи , а діагональ бічної грані . Знайдемо висоту: . Площа основи (квадрата): . Об'єм: .
Запам'ятай: діагональ бічної грані та діагональний переріз — різні поняття. Діагональ бічної грані лежить в одній грані, а діагональний переріз проходить через дві грані й містить діагональ основи.
Розгляньмо кілька типових завдань формату НМТ на тему прямої призми. Кожне завдання супроводжується покроковим розв'язанням.
Приклад 1. Площа бічної поверхні правильної трикутної призми
Умова: Знайдіть площу бічної поверхні правильної трикутної призми, сторона основи якої дорівнює , а висота — .
Розв'язання: Правильна трикутна призма має в основі рівносторонній трикутник. Її периметр основи: . Формула бічної поверхні: .
Відповідь: .
Чому інші варіанти неправильні:
— це площа лише однієї бічної грані (), а не всієї бічної поверхні.
— хтось міг помилково взяти чотири грані замість трьох ().
— це площа повної поверхні, а в задачі питають лише бічну.
— можливий результат, якщо помножити периметр на половину висоти або взяти .
Приклад 2. Об'єм призми з ромбом в основі (через діагональний переріз)
Умова: Основа прямої призми — ромб з діагоналями і . Менший діагональний переріз цієї призми — квадрат. Знайдіть об'єм призми.
Розв'язання:
Менший діагональний переріз проходить через меншу діагональ ромба . Оскільки переріз — квадрат, то .
Площа основи (ромба): .
Об'єм: .
Відповідь: .
Типові пастки:
— отримає той, хто візьме висоту (більшу діагональ) замість .
— вийде, якщо обчислити площу ромба як без ділення на : , а потім .
Приклад 3. Площа повної поверхні призми з прямокутним трикутником в основі
Умова: Основа прямої призми — прямокутний трикутник з катетами і . Висота призми . Знайдіть площу повної поверхні призми.
Розв'язання:
Гіпотенуза трикутника: .
Периметр основи: .
Площа основи: .
Бічна поверхня: .
Повна поверхня: .
Відповідь: .
Чому інші варіанти неправильні:
— це лише бічна поверхня, без жодної основи.
— додано лише одну основу замість двох ().
— площа трикутника взята як без ділення на , тоді .
— пропущено гіпотенузу в периметрі: взято як , , .
Приклад 4. Об'єм правильної чотирикутної призми через діагональ бічної грані
Умова: У правильній чотирикутній призмі сторона основи , а діагональ бічної грані . Знайдіть об'єм призми.
Розв'язання:
Бічна грань — прямокутник зі сторонами (сторона основи) і (висота). Діагональ є гіпотенузою.
.
Площа основи (квадрата): .
Об'єм: .
Відповідь: .
Типові пастки:
— якщо взяти діагональ за висоту: .
— це площа однієї бічної грані (), а не об'єм.
Приклад 5. Об'єм правильної шестикутної призми
Умова: Знайдіть об'єм правильної шестикутної призми зі стороною основи і висотою .
Розв'язання:
Правильний шестикутник складається з шести рівносторонніх трикутників зі стороною .
Площа одного такого трикутника: .
Площа основи: .
Об'єм: .
Відповідь: .
Чому інші варіанти неправильні:
— це об'єм лише однієї з шести трикутних частин (), а не всієї призми.
— записано площу основи замість об'єму.
— якщо площу трикутника взяти як , тоді , а .
— за висоту взяли сторону основи : .
Нижче перераховано найпоширеніші помилки, яких припускаються учні під час обчислення площі поверхні та об'єму прямої призми. Ознайомся з ними, щоб не втратити бали на НМТ.
У площі повної поверхні додають лише одну основу. Правильно: . У призми завжди дві основи — верхня й нижня.
У формулі бічної поверхні множать на висоту площу основи, а не периметр. Запам'ятай: , а не . Периметр — це сума сторін, а площа — добуток вимірів.
Плутають діагональ основи з діагоналлю бічної грані чи діагоналлю призми. Діагональ основи лежить в основі, діагональ бічної грані — в бічній грані, а діагональ призми з'єднує вершини різних основ. Не плутай їх.
У ромбі беруть площу як без ділення на . Правильна формула: . Забути поділити навпіл — одна з найчастіших помилок.
З діагонального перерізу беруть не ту діагональ ромба: більшу замість меншої. Якщо в задачі сказано «менший діагональний переріз», то він проходить через меншу діагональ ромба. Уважно читай умову.
Площу правильного шестикутника рахують як або . Правильна формула: . Вона походить від суми площ шести рівносторонніх трикутників: .
Завдання на пряму призму трапляються в НМТ. Зокрема, у демоваріанті НМТ-2026 завдання 21 — це коротка відповідь (0 або 2 бали без часткових балів) на об'єм прямої призми з ромбом в основі через діагональний переріз. Воно поєднує стереометрію (призма) і планіметрію (ромб).
Що можна взяти з довідкових матеріалів:
— об'єм призми (є в довідці)
— бічна поверхня прямої призми (є в довідці)
площі трикутника, ромба (через діагоналі) і трапеції — також у довідці
площу повної поверхні складаємо самостійно — у довідці її немає
Формат відповіді на НМТ:
Завдання 19–22 — коротка відповідь (число), 0 або 2 бали.
Відповідь записують лише десятковим дробом. Знак «мінус» ставлять перед першою цифрою.
Одиниці виміру не пишемо — лише число.
Завдання 1–15 — вибір однієї правильної відповіді з п'яти, 1 бал.
Завдання 16–18 — логічні пари, 0–3 бали.
Стратегія розв'язання:
Спочатку окремо знайди площу основи й висоту призми, а вже потім підстав у формулу. Не намагайся виконати всі дії в одному виразі — так легше помилитися.
Для перевірки оціни, чи відповідь має розумний порядок. Наприклад, об'єм призми з основою площею 24 і висотою 6 не може дорівнювати 24 або 4 — це має бути близько 144.
Якщо в основі ромб, трапеція або правильний шестикутник — спочатку знайди площу основи за планіметричною формулою, потім об'єм.
Якщо дано діагональний переріз — використай його, щоб знайти висоту, а далі дій за алгоритмом.
Чим пряма призма відрізняється від правильної?
Пряма призма — це призма, у якої бічні ребра перпендикулярні до площини основи. Вона може мати в основі будь-який многокутник — правильний чи ні. Правильна призма — це окремий випадок прямої призми, в основі якої лежить правильний многокутник (рівносторонній трикутник, квадрат, правильний шестикутник тощо). Отже, кожна правильна призма є прямою, але не кожна пряма призма є правильною.
Чому бічна поверхня прямої призми дорівнює периметру основи, помноженому на висоту?
Якщо «розгорнути» бічну поверхню прямої призми в площину, усі бічні грані (прямокутники) вишикуються в один великий прямокутник. Його ширина дорівнює сумі довжин усіх сторін основи, тобто периметру основи , а висота — висоті призми . Площа такого прямокутника дорівнює добутку його сторін: .
Як знайти висоту призми, якщо дано площу діагонального перерізу?
Діагональний переріз прямої призми — прямокутник зі сторонами d (діагональ основи) і h (висота призми). Якщо відома площа такого перерізу S, то висоту знаходимо за формулою . Потім обчислюємо об'єм як . Важливо не переплутати, яка саме діагональ основи відповідає заданому перерізу.
Чи працює формула V = Sосн · h для похилої призми?
Так, формула справедлива для будь-якої призми — прямої, похилої, правильної. Головне — правильно визначити висоту h як відстань між площинами основ. У прямої призми вона збігається з бічним ребром, а в похилої — ні, і знайти її складніше. У завданнях НМТ, зокрема в демоваріанті 2026 року, трапляються прямі призми.
Як швидко знайти площу правильного шестикутника?
Правильний шестикутник складається з шести рівносторонніх трикутників. Площа одного такого трикутника зі стороною a дорівнює . Помноживши на 6, отримуємо . Саме цю формулу варто запам'ятати або вміти швидко вивести.
Пряма призма: бічні грані — прямокутники, висота дорівнює бічному ребру.
(є в довідці НМТ).
(складаємо самостійно).
(є в довідці НМТ, працює для будь-якої призми).
Діагональний переріз прямої призми — прямокутник зі сторонами d (діагональ основи) і h.
Площа основи — з планіметрії: ромб , трапеція , правильний шестикутник .
Для оберненої задачі: .