Secțiuni paralele cu baza; trunchiul de piramidă și trunchiul de con
Secțiuni paralele cu baza
Fie o piramidă cu vârful și înălțimea (unde este centrul bazei). Un plan paralel cu baza taie piramida după un poligon și separă un corp mai mic (o piramidă asemenea) de restul corpului. Proprietatea fundamentală: secțiunea este un poligon asemenea cu baza, cu același centru pe axa piramidei.
Dacă notăm cu distanța de la vârful la planul secțiunii, atunci raportul de asemănare este Toate lungimile corespunzătoare (laturi, apoteme, raze, perimetre) se înmulțesc cu . Deoarece la figuri asemenea raportul ariilor este pătratul raportului de asemănare, avem De exemplu, un plan dus la jumătatea înălțimii () dă o secțiune cu aria egală cu un sfert din aria bazei, nu jumătate — greșeala clasică.
La con lucrurile sunt identice: o secțiune paralelă cu baza este un cerc de rază , unde este raza bazei și .
Trunchiul de piramidă regulată
Dacă din piramida regulată păstrăm partea cuprinsă între bază și planul de secțiune (aruncând piramida mică de la vârf), obținem un trunchi de piramidă regulată. Elementele sale:
- două baze paralele, poligoane regulate asemenea: baza mare (aria , apotema ) și baza mică (aria , apotema );
- fețele laterale sunt trapeze isoscele congruente (câte unul pentru fiecare latură a bazei);
- înălțimea trunchiului = distanța dintre planele celor două baze (segmentul care unește centrele);
- apotema trunchiului = înălțimea unei fețe laterale (segmentul care unește mijloacele celor două laturi paralele ale unui trapez); ea satisface
- muchia laterală (latura neparalelă a trapezului): , unde , sunt razele cercurilor circumscrise bazelor.
Relațiile pentru apotemă și muchie provin din triunghiuri dreptunghice: proiectând baza mică pe baza mare, catetele orizontale sunt diferențele de apoteme, respectiv de raze, iar cateta verticală este .
Trunchiul de con circular drept
Secționând un con circular drept cu un plan paralel cu baza și păstrând partea de jos, obținem un trunchi de con circular drept. Elementele lui:
- două baze — două cercuri paralele, de raze (baza mare) și (baza mică), cu centrele pe axă;
- generatoarea = segmentul de pe suprafața laterală care unește cele două cercuri;
- înălțimea = distanța dintre planele bazelor;
- generatoarea satisface din triunghiul dreptunghic format de generatoare, înălțime și diferența razelor.
Secțiunea axială (planul care trece prin axă) a trunchiului de con este un trapez isoscel cu bazele și , laturile neparalele egale cu și înălțimea .
Pentru arii și volume complete ale trunchiurilor vezi lecțiile dedicate; aici reținem doar relațiile de bază și .
Formule
Raportul de asemănare al secțiunii:
Raportul ariilor (secțiune / bază):
Raza secțiunii într-un con:
Apotema trunchiului de piramidă regulată:
Muchia laterală a trunchiului de piramidă:
Generatoarea trunchiului de con:
Aria laterală a trunchiului de piramidă regulată:
Aria laterală a trunchiului de con:
Exemple rezolvate
Exemplul 1
O piramidă patrulateră regulată are latura bazei cm și înălțimea cm. Un plan paralel cu baza intersectează piramida la distanța de cm de vârf. Aflați latura secțiunii și raportul dintre aria secțiunii și aria bazei.
Raportul de asemănare este .
Latura secțiunii cm.
Raportul ariilor este .
Verificare: aria bazei cm², aria secțiunii cm², iar . ✓
Exemplul 2
Un trunchi de piramidă regulată patrulateră are latura bazei mari cm, latura bazei mici cm și înălțimea cm. Calculați apotema trunchiului.
Apotema unei baze pătrate este jumătatea laturii:
- apotema bazei mari: cm;
- apotema bazei mici: cm.
Apotema trunchiului se obține din triunghiul dreptunghic cu catetele și : deci cm.
Fiecare față laterală este un trapez isoscel cu bazele și și înălțimea (apotema trunchiului) egală cu cm.
Exemplul 3
Un trunchi de con circular drept are razele bazelor cm și cm, iar înălțimea cm. Aflați generatoarea.
Aplicăm relația generatoarei într-un trunchi de con: deci cm.
Acest lucru corespunde laturii neparalele a trapezului isoscel din secțiunea axială, care are bazele și .
Greșeli frecvente
- Confundarea raportului ariilor cu raportul de asemănare: la o secțiune dusă la jumătatea înălțimii ($k=\tfrac{1}{2}$) aria secțiunii este $k^2 = \tfrac{1}{4}$ din aria bazei, NU jumătate. Ariile se raportează cu $k^2$, lungimile cu $k$.
- În formula apotemei trunchiului se folosește diferența apotemelor bazelor, $a_t^2 = h^2 + (a_B-a_b)^2$, nu diferența laturilor sau diferența razelor circumscrise; pentru muchia laterală se folosesc razele: $m^2 = h^2 + (R_B-R_b)^2$.
- Fețele laterale ale unui trunchi de piramidă regulată sunt trapeze ISOSCELE (nu dreptunghiuri și nu triunghiuri): trunchiul nu are vârf, deci fețele nu se termină într-un punct.
- La generatoarea trunchiului de con se scade diferența razelor, $G^2 = h^2 + (R-r)^2$; a folosi $R+r$ sau $R^2-r^2$ sub radical este greșit.
Pe scurt
- Secțiune paralelă cu baza ⇒ poligon (sau cerc) asemenea cu baza, cu raportul de asemănare (distanța de la vârf împărțită la înălțime).
- Lungimile se înmulțesc cu ; ariile cu : .
- Trunchiul de piramidă regulată = partea dintre bază și secțiune; are două baze asemenea, fețe laterale trapeze isoscele congruente, înălțimea și apotema .
- Trunchiul de con are două baze cercuri (raze și ), generatoarea și secțiunea axială un trapez isoscel.
- Diferența cheie: apotema trunchiului folosește diferența apotemelor, iar muchia laterală (respectiv generatoarea) folosește diferența razelor.
Exersează această lecție →
Grile și probleme cu feedback imediat pe barem.