Площадь правильной пирамиды: формулы

Что ищет задача «найти площадь правильной пирамиды»

Под «площадью» почти всегда имеют в виду площадь поверхности — полную или только боковую. Правильная пирамида — это многогранник, у которого:

• в основании лежит правильный многоугольник (равносторонний треугольник, квадрат, правильный шестиугольник и т. д.);
• основание высоты совпадает с центром этого многоугольника;
• все боковые рёбра равны, а боковые грани — равные равнобедренные треугольники.

Именно благодаря симметрии площадь считают не «по штукам граней», а компактными формулами.

Основные формулы площади правильной пирамиды

Апофема $l$ — высота боковой грани, проведённая из вершины пирамиды к стороне основания (и одновременно — длина этой высоты, одинаковая для всех граней).

Связь апофемы с высотой пирамиды $h$ и радиусом вписанной в основание окружности $r$:

$l = \sqrt{h^{2} + r^{2}}$

Радиус $r$ — это расстояние от центра основания до середины любой стороны.

Площадь основания: готовые выражения

Без $S_{\text{осн}}$ полную площадь не получить. Для правильного $n$-угольника со стороной $a$:

$S_{\text{осн}} = \dfrac{n \cdot a^{2}}{4 \cdot \mathrm{tg}\,\frac{180^{\circ}}{n}}$

Частые частные случаи:

Как найти площадь: пошаговый алгоритм

1. Уточните, что требуется — $S*{\text{бок}}$ или $S*{\text{полн}}$.
2. Выпишите данные: сторона (или периметр) основания, высота, боковое ребро, апофема — что дано.
3. Найдите недостающее:
   • нет апофемы, есть $h$ → вычислите $r$, затем $l = \sqrt{h^{2}+r^{2}}$;
   • нет периметра → $P = n \cdot a$.
4. Посчитайте основание по формуле для нужного многоугольника.
5. Подставьте в $S*{\text{бок}} = \frac{1}{2} P l$ и при необходимости прибавьте $S*{\text{осн}}$.
6. Проверьте единицы и разумность ответа (полная площадь больше боковой, боковая больше площади одной грани).

Альтернатива без «готовой» апофемы

Если известны сторона основания $a$ и боковое ребро $b$, площадь одной боковой грани считают как площадь равнобедренного треугольника:

где $m$ — высота грани к стороне основания (та же апофема). Тогда:

Примеры расчёта

Пример 1. Правильная четырёхугольная пирамида

Дано: сторона основания $a = 6$ см, апофема $l = 5$ см. Найти полную площадь.

Решение.
$P = 4 \cdot 6 = 24$ см, $S_{\text{осн}} = 6^{2} = 36$ см².

$S_{\text{бок}} = \dfrac{1}{2} \cdot 24 \cdot 5 = 60 \text{ см}^{2}$

$S_{\text{полн}} = 60 + 36 = 96 \text{ см}^{2}$

Ответ: $96$ см².

Пример 2. Правильная треугольная пирамида (тетраэдр «на ребре» — не правильный тетраэдр)

Дано: сторона основания $a = 4$ м, высота пирамиды $h = 3$ м. Найти боковую площадь.

Решение.
Радиус вписанной окружности основания:

$r = \dfrac{a\sqrt{3}}{6} = \dfrac{4\sqrt{3}}{6} = \dfrac{2\sqrt{3}}{3} \text{ м}$

Апофема:

$l = \sqrt{h^{2} + r^{2}} = \sqrt{9 + \dfrac{4 \cdot 3}{9}} = \sqrt{9 + \dfrac{4}{3}} = \sqrt{\dfrac{31}{3}} = \dfrac{\sqrt{93}}{3} \text{ м}$

Периметр $P = 12$ м:

$S_{\text{бок}} = \dfrac{1}{2} \cdot 12 \cdot \dfrac{\sqrt{93}}{3} = 2\sqrt{93} \text{ м}^{2}$

Ответ: $2\sqrt{93}$ м² (≈ 19,3 м²).

Пример 3. Правильная шестиугольная пирамида

Дано: $a = 2$ см, $l = 5$ см. Полная площадь?

Решение.
$P = 12$ см, $S_{\text{осн}} = \dfrac{3\sqrt{3}}{2} \cdot 4 = 6\sqrt{3}$ см².

$S_{\text{бок}} = \dfrac{1}{2} \cdot 12 \cdot 5 = 30 \text{ см}^{2}$

$S_{\text{полн}} = 30 + 6\sqrt{3} \text{ см}^{2}$

Ответ: $30 + 6\sqrt{3}$ см².

Частые ошибки

• Путают апофему и высоту пирамиды. В формулу $S_{\text{бок}} = \frac12 P l$ входит именно апофема грани, а не $h$.
• Путают апофему с боковым ребром. Ребро идёт в вершину основания; апофема — к середине стороны.
• Считают только бок и забывают основание (или наоборот), когда в условии просят «площадь поверхности».
• Неверная $S_{\text{осн}}$ для треугольника или шестиугольника — подставляют $a^{2}$ «как у квадрата».
• Смешивают единицы (см и м) до возведения в квадрат.

Краткая шпаргалка

• Правильная пирамида → $S_{\text{бок}} = \frac12 P l$.
• Полная поверхность → добавить $S_{\text{осн}}$.
• Нет $l$, есть $h$ → $l = \sqrt{h^{2} + r^{2}}$.
• Квадратное основание — самый простой случай: $S_{\text{полн}} = a^{2} + 2al$.

Этих соотношений достаточно, чтобы закрыть типовые задачи школьной геометрии и быстро проверить ответ онлайн-калькулятором на сайте.