Prisma dreaptă (baze: triunghi echilateral, pătrat, hexagon): arii și volume
Prisma dreaptă — elemente
O prismă dreaptă este corpul geometric mărginit de două baze — poligoane congruente, situate în plane paralele — și de fețe laterale dreptunghiulare. Muchiile laterale sunt perpendiculare pe planele bazelor, deci muchia laterală este chiar înălțimea prismei: . Dacă baza este un poligon regulat, prisma se numește prismă regulată: triunghiulară regulată (baza triunghi echilateral), patrulateră regulată (baza pătrat) și hexagonală regulată (baza hexagon regulat).
Formulele generale ale prismei drepte
Desfășurând suprafața laterală obținem un dreptunghi cu dimensiunile (perimetrul bazei) și , de aceea: unde este aria bazei. Atenție: la arie totală se adună ambele baze.
Ariile și perimetrele bazelor
- Triunghi echilateral de latură : , înălțimea , .
- Pătrat de latură : , diagonala , .
- Hexagon regulat de latură : se descompune în triunghiuri echilaterale cu vârful în centrul , deci ; apotema este , diagonala mare (care trece prin centru) este , iar .
Exemplu inline: prisma triunghiulară regulată cu cm și cm are cm², cm², cm² și cm³.
Diagonalele feței și ale prismei
Fiecare față laterală este un dreptunghi cu dimensiunile și , deci diagonala feței laterale este, din teorema lui Pitagora, .
Prisma patrulateră regulată este un paralelipiped dreptunghic cu baza pătrat, deci diagonala prismei (de exemplu ) este . Justificarea: (prismă dreaptă), deci și triunghiul este dreptunghic în , cu .
Prisma hexagonală regulată are diagonala mare , pentru că (diagonala mare a hexagonului) și triunghiul este dreptunghic în ( planul bazei).
Aceste triunghiuri dreptunghice sunt și cheia problemelor de tip 6b): unghiul dintre o diagonală și planul bazei este unghiul dintre diagonală și proiecția ei pe bază (de exemplu , cu ), iar distanțele de la vârfuri la plane se calculează cu teorema celor trei perpendiculare, demonstrând fiecare perpendicularitate.
Observație despre unități
Ariile se exprimă în unități pătrate (cm², m²), volumele în unități cubice (cm³, m³); dm³ litru, m³ litri — transformările apar des în problemele cu context practic (acvarii, rezervoare, cutii).
Formule
Aria laterală a prismei drepte:
Aria totală a prismei drepte:
Volumul prismei drepte:
Aria triunghiului echilateral:
Înălțimea triunghiului echilateral:
Aria pătratului:
Diagonala pătratului:
Aria hexagonului regulat:
Apotema hexagonului regulat:
Diagonala mare a hexagonului regulat:
Perimetrele bazelor:
Diagonala feței laterale:
Diagonala prismei patrulatere regulate:
Diagonala mare a prismei hexagonale regulate:
Exemple rezolvate
Exemplul 1
Prisma triunghiulară regulată are latura bazei cm și înălțimea cm. Calculați aria laterală, aria totală și volumul prismei.
Perimetrul bazei: cm.
Aria laterală: cm².
Aria bazei (triunghi echilateral): cm².
Aria totală: cm².
Volumul: cm³.
Exemplul 2
O prismă hexagonală regulată are latura bazei cm și înălțimea cm. Calculați aria laterală, aria totală și volumul prismei.
Perimetrul bazei: cm, deci cm².
Aria bazei (hexagon regulat): cm².
Aria totală: cm².
Volumul: cm³.
Exemplul 3
Prisma patrulateră regulată are latura bazei cm și înălțimea cm. Calculați aria totală, volumul și diagonala a prismei.
Aria bazei: cm²; perimetrul bazei: cm.
cm², deci cm².
Volumul: cm³.
Diagonala bazei: cm. Cum prisma este dreaptă, , deci și triunghiul este dreptunghic în . Din teorema lui Pitagora:
Greșeli frecvente
- Se folosește formula piramidei $V = \frac{A_b \cdot h}{3}$ pentru volumul prismei. Corect: la prismă $V = A_b \cdot h$ (fără împărțirea la 3).
- La aria totală se adaugă o singură bază: $A_t = A_l + A_b$. Corect: prisma are două baze, deci $A_t = A_l + 2A_b$.
- Aria triunghiului echilateral se scrie $\frac{l^2\sqrt{3}}{2}$ (confuzie cu înălțimea $\frac{l\sqrt{3}}{2}$). Corect: $A = \frac{l^2\sqrt{3}}{4}$.
- Aria hexagonului regulat se calculează greșit ca $6l^2$ sau $l^2\sqrt{3}$. Corect: hexagonul e format din 6 triunghiuri echilaterale, deci $A = 6 \cdot \frac{l^2\sqrt{3}}{4} = \frac{3l^2\sqrt{3}}{2}$.
- Se confundă diagonala bazei (la pătrat $l\sqrt{2}$) sau diagonala feței laterale ($\sqrt{l^2+h^2}$) cu diagonala prismei ($\sqrt{2l^2+h^2}$ la prisma patrulateră regulată). Corect: se identifică exact segmentul cerut și triunghiul dreptunghic din care se calculează.
Pe scurt
- Prisma dreaptă: muchiile laterale sunt perpendiculare pe baze, deci muchia laterală înălțimea ; fețele laterale sunt dreptunghiuri.
- Formulele de bază: , , .
- Ariile bazelor: triunghi echilateral , pătrat , hexagon regulat (6 triunghiuri echilaterale).
- Diagonale: fața laterală ; prisma patrulateră regulată ; diagonala mare a prismei hexagonale (căci diagonala mare a hexagonului este ).
- Diagonalele se calculează din triunghiuri dreptunghice formate cu muchia laterală ( planul bazei) — același triunghi dă și unghiul dintre diagonală și bază.
- Nu uita: volumul prismei nu se împarte la 3 (aceea este formula piramidei).
Exersează această lecție →
Grile și probleme cu feedback imediat pe barem.