KURS MATURALNY

Ostrosłupy – objętość, pole, wysokości i kąty

Tego się dowiesz!

Ostrosłup to bryła z jedną podstawą i wierzchołkiem, w którym schodzą się wszystkie ściany boczne: piramida, dach wieży, czubek ołówka. Na maturze trzeba umieć obliczyć jego objętość i pole powierzchni, a do tego wysokość, krawędź boczną albo kąt nachylenia. Prawie każde takie zadanie sprowadza się do znalezienia odpowiedniego trójkąta prostokątnego. W tym wpisie pokazuję, gdzie te trójkąty są, i rozwiązuję krok po kroku typowe zadania.

1Czym jest ostrosłup

Ostrosłup ma jedną podstawę, która jest wielokątem, i wierzchołek S poza płaszczyzną podstawy. Ściany boczne są trójkątami o wspólnym wierzchołku S. Odcinki łączące S z wierzchołkami podstawy to krawędzie boczne. Wysokość H to odcinek prostopadły z S do płaszczyzny podstawy, a wysokość ściany bocznej h to wysokość trójkąta-ściany poprowadzona z S.

RodzajCo to znaczy
ostrosłup prawidłowypodstawa jest wielokątem foremnym, a spodek wysokości leży w jej środku; wszystkie krawędzie boczne są równe
czworościanostrosłup trójkątny; wszystkie cztery ściany to trójkąty
czworościan foremnywszystkie sześć krawędzi równych, każda ściana to trójkąt równoboczny
Ostrosłup n-kątnyWierzchołkiKrawędzieŚciany
wzórn + 12nn + 1
trójkątny (n = 3)464
czworokątny (n = 4)585
sześciokątny (n = 6)7127

2Pole powierzchni i objętość

Wzory
V = 13 · Pp · H
Pc = Pp + Pb

Pp to pole podstawy, a Pb pole powierzchni bocznej, czyli suma pól trójkątów-ścian. W ostrosłupie prawidłowym n-kątnym wszystkie ściany boczne są jednakowe, więc Pb = n · ½ · a · h.

Skąd ⅓? Ostrosłup ma trzy razy mniejszą objętość niż graniastosłup o tej samej podstawie i wysokości. Można to sprawdzić doświadczalnie: trzy jednakowe ostrosłupy wypełnione wodą napełniają dokładnie jeden graniastosłup. Sześcian da się nawet pociąć na trzy jednakowe ostrosłupy o wierzchołku w jednym z jego wierzchołków.

Uwaga na częsty błądNajczęstszy błąd to zapomnienie o ⅓ we wzorze na objętość. Drugi to doliczenie dwóch podstaw do pola powierzchni, tak jak w graniastosłupie. Ostrosłup ma tylko jedną podstawę.

3Trzy trójkąty prostokątne

W ostrosłupie prawidłowym czworokątnym ukrywają się trzy trójkąty prostokątne, które łączą wszystkie ważne odcinki. Rozpoznanie ich to połowa sukcesu w każdym zadaniu.

Hhba/2d/2a
TrójkątBokiTwierdzenie Pitagorasa
pomarańczowyH, połowa boku a/2, wysokość ściany hH2 + (a/2)2 = h2
miętowyH, połowa przekątnej d/2, krawędź boczna bH2 + (d/2)2 = b2
w ścianie bocznejh, połowa boku a/2, krawędź boczna bh2 + (a/2)2 = b2

Pierwsze dwa trójkąty stoją pionowo wewnątrz bryły, a trzeci leży w ścianie bocznej. Przekątna podstawy kwadratowej to d = a√2, więc d/2 = a√2/2.

Ostrosłupy mają w moim kursie „Matematyka od podstaw do matury” osobną część działu stereometrii, razem z graniastosłupami i bryłami obrotowymi. Wszystkie trójkąty, kąty i wzory są rozpisane krok po kroku, z rysunkami, a potem przećwiczone na zadaniach maturalnych.

Zobacz kurs na Udemy

4Przykłady krok po kroku

PrzykładOstrosłup prawidłowy czworokątny ma krawędź podstawy 6 i wysokość 4. Oblicz wysokość ściany bocznej, krawędź boczną, pole powierzchni całkowitej i objętość.
h = 42 + 32 = 5trójkąt pomarańczowy: H i a/2 = 3
b = 52 + 32 = 34trójkąt w ścianie bocznej
Pb = 4 · 12 · 6 · 5 = 60cztery jednakowe trójkąty
Pc = 36 + 60 = 96jedna podstawa
V = 13 · 36 · 4 = 48
Odpowiedźh = 5, b = 34, Pc = 96, V = 48

Ostrosłup prawidłowy trójkątny

W ostrosłupie prawidłowym trójkątnym spodek wysokości leży w środku trójkąta równobocznego, czyli w punkcie przecięcia jego wysokości. Ten punkt dzieli wysokość podstawy hp = a√3/2 w stosunku 2 : 1. Odległość od spodka do wierzchołka podstawy to ⅔ hp, a do boku ⅓ hp. Te odcinki zastępują d/2 i a/2 z ostrosłupa czworokątnego.

PrzykładOstrosłup prawidłowy trójkątny ma krawędź podstawy 6 i wysokość 4. Oblicz objętość i wysokość ściany bocznej.
Pp = 3634 = 93
V = 13 · 93 · 4 = 123
hp = 33, ⅓hp = 3odległość spodka od boku
h = 16 + 3 = 19
OdpowiedźV = 123, h = 19

Czworościan foremny

Czworościan foremny o krawędzi a ma wysokość H = a63 i objętość V = a3212. Dla a = 6: V = 216√2/12 = 18√2. Pole powierzchni to cztery trójkąty równoboczne: Pc = a²√3.

5Kąty nachylenia

Na maturze pojawiają się dwa kąty. Każdy jest kątem ostrym w jednym z trójkątów z rysunku, przy wierzchołku leżącym w podstawie.

KątW którym trójkącieFunkcja
nachylenia krawędzi bocznej do podstawymiętowym: między b a d/2cos = (d/2) : b, tg = H : (d/2)
nachylenia ściany bocznej do podstawypomarańczowym: między h a a/2cos = (a/2) : h, tg = H : (a/2)
Uwaga na częsty błądNie myl tych dwóch kątów. Kąt nachylenia ściany bocznej mierzymy przy środku boku podstawy (między h a a/2), a kąt nachylenia krawędzi bocznej przy wierzchołku podstawy (między b a d/2).
PrzykładW ostrosłupie prawidłowym czworokątnym krawędź boczna ma długość 10 i jest nachylona do płaszczyzny podstawy pod kątem 60°. Oblicz objętość.
H = 10 · sin 60° = 53miętowy trójkąt
d/2 = 10 · cos 60° = 5, d = 10
Pp = d22 = 50kwadrat z przekątnej
V = 13 · 50 · 53 = 25033
OdpowiedźV = 25033
Na maturze podstawowej

Ostrosłupy, zwłaszcza prawidłowe czworokątne i trójkątne, pojawiają się na maturze podstawowej w zadaniach zamkniętych z objętością oraz w zadaniach otwartych za kilka punktów, w których trzeba połączyć stereometrię z twierdzeniem Pitagorasa i trygonometrią. Wzory na objętość i pole są w zestawie wzorów CKE. Kluczem jest narysowanie właściwego trójkąta prostokątnego i podpisanie jego boków.

Zadanie w stylu maturalnym (zamknięte)Objętość ostrosłupa prawidłowego czworokątnego o krawędzi podstawy 3 i wysokości 4 jest równa:

A. 12
B. 36
C. 48
D. 4

Rozwiązanie: V = ⅓ · 9 · 4 = 12. Odpowiedź A. B to objętość graniastosłupa, czyli wynik bez ⅓, a C to 3 · 4 · 4.

Zadanie w stylu maturalnym (otwarte)W ostrosłupie prawidłowym czworokątnym krawędź podstawy ma długość 8, a ściana boczna jest nachylona do płaszczyzny podstawy pod kątem 45°. Oblicz objętość i pole powierzchni całkowitej.
H = 4 · tg 45° = 4pomarańczowy trójkąt z a/2 = 4
h = 42trójkąt prostokątny równoramienny
V = 13 · 64 · 4 = 2563
Pc = 64 + 4 · 12 · 8 · 42 = 64 + 642

Odpowiedź: V = 256/3, Pc = 64 + 64√2. W zadaniu otwartym zaznacz na rysunku kąt i trójkąt, z którego korzystasz, bo egzaminator ocenia także tok rozumowania.

6Najczęstsze błędy

Pierwszy błąd to zapomnienie o ⅓ we wzorze na objętość. Drugi to pomylenie wysokości ostrosłupa H z wysokością ściany bocznej h. Trzeci to użycie a/2 zamiast d/2 przy krawędzi bocznej albo odwrotnie. Czwarty to pomylenie kąta nachylenia krawędzi z kątem nachylenia ściany. Piąty to w ostrosłupie trójkątnym użycie połowy wysokości podstawy zamiast ⅓ lub ⅔. Szósty to doliczenie dwóch podstaw do pola powierzchni.

7Sprawdź się

Rozwiąż samodzielnie, a potem kliknij, żeby zobaczyć rozwiązanie.

1. Ile krawędzi ma ostrosłup pięciokątny?

10

2. Objętość ostrosłupa o polu podstawy 30 i wysokości 7?

70

3. Prawidłowy czworokątny, a = 8, H = 3. Wysokość ściany bocznej?

√(9 + 16) = 5

4. Prawidłowy czworokątny, a = 8, h = 5. Pole powierzchni bocznej?

4 · ½ · 8 · 5 = 80

5. Prawidłowy czworokątny, a = 2, H = 2. Krawędź boczna?

d/2 = √2, b = √(4 + 2) = √6

6. Objętość czworościanu foremnego o krawędzi 3?

27√2/12 = 9√2/4

7. Ściana boczna nachylona pod kątem 60°, a = 6. Wysokość H?

3 · tg 60° = 3√3

Stereometria krok po kroku

W kursie wideo „Matematyka od podstaw do matury” stereometria ma osobny dział: graniastosłupy, ostrosłupy, walec, stożek i kula, przekątne, przekroje i kąty w bryłach, a do tego zadania maturalne rozwiązywane krok po kroku, z rysunkami. Oglądasz w swoim tempie i wracasz do lekcji, kiedy potrzebujesz.

Przejdź do kursu na Udemy
Facebook
Pinterest
Twitter
LinkedIn

KURS MATURALNY

Uczysz się do matury z matematyki?

Jeśli ten wpis Ci pomógł, ale masz w głowie:

„okej, ten temat ogarniam… ale co z całą resztą?”

to właśnie po to stworzyłam mój kurs maturalny.

Nie musisz skakać po przypadkowych filmach, wpisach i zadaniach ani zastanawiać się, czego uczyć się najpierw.

W kursie przechodzimy przez wszystko krok po kroku:

Najpierw Narzędziownia – czyli podstawy, na których najczęściej wykładają się zadania: ułamki, potęgi, pierwiastki, procenty, logarytmy i inne rzeczy, które „niby były”, ale jakoś nie chcą zostać w głowie.

Potem zadania maturalne – dział po dziale, dokładnie w takim stylu, jaki spotkasz na maturze.

Na końcu arkusze CKE – żebyś nie tylko znał/a teorię, ale umiał/a faktycznie usiąść do arkusza i liczyć.

Ty liczysz. Ja pilnuję, żeby to miało kolejność. 😎

Schemat jest prosty i brutalnie skuteczny:

zrozumienie → praktyka → powtórka → utrwalenie.

Zaczynasz od zera

3–4 miesiące

Masz już podstawy

4–6 tygodni