17.2. Graniastosłupy
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (3 pkt)
Oblicz pole powierzchni całkowitej graniastosłupa prostego, którego wysokość jest równa 20 cm, a podstawą jest trójkąt o bokach 5 cm, 12 cm i 13 cm.
Pole powierzchni całkowitej graniastosłupa wynosi $660 \ \text{cm}^2$.
Aby obliczyć pole powierzchni całkowitej graniastosłupa prostego, najpierw musimy obliczyć pole podstawy i pole powierzchni bocznej.Podstawa jest trójkątem o bokach $5 \ \text{cm}$, $12 \ \text{cm}$ i $13 \ \text{cm}$. Sprawdzamy, czy jest to trójkąt prostokątny: $5^2 + 12^2 = 25 + 144 = 169$ oraz $13^2 = 169$. Ponieważ $5^2 + 12^2 = 13^2$, jest to trójkąt prostokątny.Obliczenie pola podstawy ($P_p$):Wzór na pole trójkąta prostokątnego, gdzie $a$ i $b$ są przyprostokątnymi: \[ P_p = \frac{a \cdot b}{2} \] Podstawienie wartości: \[ P_p = \frac{5 \ \text{cm} \cdot 12 \ \text{cm}}{2} \] \[ P_p = \frac{60 \ \text{cm}^2}{2} \] \[ P_p = 30 \ \text{cm}^2 \] Obliczenie obwodu podstawy ($Ob_p$):Wzór na obwód trójkąta: \[ Ob_p = a + b + c \] Podstawienie wartości: \[ Ob_p = 5 \ \text{cm} + 12 \ \text{cm} + 13 \ \text{cm} \] \[ Ob_p = 30 \ \text{cm} \] Obliczenie pola powierzchni bocznej ($P_b$):Wzór na pole powierzchni bocznej graniastosłupa prostego: \[ P_b = Ob_p \cdot H \] Podstawienie wartości, gdzie $H = 20 \ \text{cm}$: \[ P_b = 30 \ \text{cm} \cdot 20 \ \text{cm} \] \[ P_b = 600 \ \text{cm}^2 \] Obliczenie pola powierzchni całkowitej ($P_c$):Wzór na pole powierzchni całkowitej graniastosłupa: \[ P_c = 2 \cdot P_p + P_b \] Podstawienie wartości: \[ P_c = 2 \cdot 30 \ \text{cm}^2 + 600 \ \text{cm}^2 \] \[ P_c = 60 \ \text{cm}^2 + 600 \ \text{cm}^2 \] \[ P_c = 660 \ \text{cm}^2 \]
Zadanie 2 (3 pkt)
Podaj liczbę ścian, krawędzi i wierzchołków graniastosłupa:
a) pięciokątnego,
b) ośmiokątnego,
c) dziesięciokątnego.
a) Graniastosłup pięciokątny ma $F = 7$ ścian, $E = 15$ krawędzi i $V = 10$ wierzchołków.
b) Graniastosłup ośmiokątny ma $F = 10$ ścian, $E = 24$ krawędzi i $V = 16$ wierzchołków.
c) Graniastosłup dziesięciokątny ma $F = 12$ ścian, $E = 30$ krawędzi i $V = 20$ wierzchołków.
Ogólne wzory dla graniastosłupa o podstawie n-kątnej to:
Liczba ścian: $F = n+2$
Liczba krawędzi: $E = 3n$
Liczba wierzchołków: $V = 2n$
a) Obliczenie dla graniastosłupa pięciokątnego ($n=5$):
Liczba ścian:\[ F = 5 + 2 = 7 \]Liczba krawędzi:\[ E = 3 \cdot 5 = 15 \]Liczba wierzchołków:\[ V = 2 \cdot 5 = 10 \]b) Obliczenie dla graniastosłupa ośmiokątnego ($n=8$):
Liczba ścian:\[ F = 8 + 2 = 10 \]Liczba krawędzi:\[ E = 3 \cdot 8 = 24 \]Liczba wierzchołków:\[ V = 2 \cdot 8 = 16 \]c) Obliczenie dla graniastosłupa dziesięciokątnego ($n=10$):
Liczba ścian:\[ F = 10 + 2 = 12 \]Liczba krawędzi:\[ E = 3 \cdot 10 = 30 \]Liczba wierzchołków:\[ V = 2 \cdot 10 = 20 \]
Zadanie 3 (7 pkt)
Długości krawędzi podstawy prostopadłościanu są równe 5 cm i 8 cm. Oblicz wysokość tego prostopadłościanu, jeśli wiadomo, że jego:
a) pole powierzchni całkowitej wynosi 170 cm²,
b) pole powierzchni bocznej stanowi $75\%$ pola powierzchni całkowitej.
a) Wysokość prostopadłościanu wynosi $\frac{45}{13} \text{ cm}$, czyli około $3.46 \text{ cm}$.
b) Wysokość prostopadłościanu wynosi $\frac{120}{13} \text{ cm}$, czyli około $9.23 \text{ cm}$.
a) Obliczenie wysokości, gdy pole powierzchni całkowitej jest znane:
Najpierw obliczamy pole podstawy $P_p$ i obwód podstawy $O_p$.\[P_p = a \cdot b\]\[P_p = 5 \text{ cm} \cdot 8 \text{ cm} = 40 \text{ cm}^2\]\[O_p = 2 \cdot (a+b)\]\[O_p = 2 \cdot (5 \text{ cm} + 8 \text{ cm}) = 2 \cdot 13 \text{ cm} = 26 \text{ cm}\]Korzystamy ze wzoru na pole powierzchni całkowitej prostopadłościanu:\[P_c = 2P_p + P_b\]Podstawiamy dane wartości:\[170 \text{ cm}^2 = 2 \cdot 40 \text{ cm}^2 + P_b\]\[170 \text{ cm}^2 = 80 \text{ cm}^2 + P_b\]Obliczamy pole powierzchni bocznej $P_b$:\[P_b = 170 \text{ cm}^2 - 80 \text{ cm}^2\]\[P_b = 90 \text{ cm}^2\]Następnie obliczamy wysokość $h$ ze wzoru na pole powierzchni bocznej:\[P_b = O_p \cdot h\]\[90 \text{ cm}^2 = 26 \text{ cm} \cdot h\]\[h = \frac{90 \text{ cm}^2}{26 \text{ cm}}\]\[h = \frac{45}{13} \text{ cm}\]b) Obliczenie wysokości, gdy pole powierzchni bocznej stanowi procent pola powierzchni całkowitej:
Mamy dane, że pole powierzchni bocznej $P_b$ stanowi $75\%$ pola powierzchni całkowitej $P_c$, czyli:\[P_b = 0.75 \cdot P_c\]Korzystamy ze wzoru na pole powierzchni całkowitej:\[P_c = 2P_p + P_b\]Podstawiamy wyrażenie na $P_b$:\[P_c = 2P_p + 0.75 \cdot P_c\]Przekształcamy równanie, aby wyznaczyć $P_c$:\[P_c - 0.75 \cdot P_c = 2P_p\]\[0.25 \cdot P_c = 2P_p\]Obliczamy $P_c$:\[P_c = \frac{2P_p}{0.25}\]\[P_c = \frac{2 \cdot 40 \text{ cm}^2}{0.25}\]\[P_c = \frac{80 \text{ cm}^2}{0.25} = 320 \text{ cm}^2\]Teraz obliczamy pole powierzchni bocznej $P_b$:\[P_b = 0.75 \cdot P_c\]\[P_b = 0.75 \cdot 320 \text{ cm}^2\]\[P_b = 240 \text{ cm}^2\]Następnie obliczamy wysokość $h$ ze wzoru na pole powierzchni bocznej:\[P_b = O_p \cdot h\]\[240 \text{ cm}^2 = 26 \text{ cm} \cdot h\]\[h = \frac{240 \text{ cm}^2}{26 \text{ cm}}\]\[h = \frac{120}{13} \text{ cm}\]
Zadanie 4 (4 pkt)
Do wykonania modelu sześcianu zużyto 2430 cm² kartonu, z czego $10\%$ stanowiły zakładki. Oblicz długość krawędzi tego sześcianu.
Długość krawędzi tego sześcianu wynosi $a = \frac{27\sqrt{2}}{2} \ \text{cm}$.
Całkowita powierzchnia kartonu wykorzystana na model sześcianu wynosi $2430 \ \text{cm}^2$. Zakładki stanowią $10\%$ tej powierzchni.Obliczamy powierzchnię kartonu, która faktycznie tworzy ściany sześcianu, czyli powierzchnię sześcianu bez zakładek.\[ P_{\text{sześcianu}} = P_{\text{całkowity}} \cdot (1 - \text{procent zakładek}) \]\[ P_{\text{sześcianu}} = 2430 \ \text{cm}^2 \cdot (1 - 0.10) \]\[ P_{\text{sześcianu}} = 2430 \cdot 0.90 \ \text{cm}^2 \]\[ P_{\text{sześcianu}} = 2187 \ \text{cm}^2 \]Powierzchnia sześcianu wyraża się wzorem $P_{\text{sześcianu}} = 6 \cdot a^2$, gdzie $a$ jest długością krawędzi.\[ 6 \cdot a^2 = 2187 \ \text{cm}^2 \]Dzielimy obie strony równania przez $6$.\[ a^2 = \frac{2187}{6} \ \text{cm}^2 \]\[ a^2 = 364.5 \ \text{cm}^2 \]Aby znaleźć długość krawędzi $a$, obliczamy pierwiastek kwadratowy z $364.5$.\[ a = \sqrt{364.5} \ \text{cm} \]Upraszczamy pierwiastek.\[ a = \sqrt{\frac{729}{2}} \ \text{cm} \]\[ a = \frac{\sqrt{729}}{\sqrt{2}} \ \text{cm} \]\[ a = \frac{27}{\sqrt{2}} \ \text{cm} \]Usuwamy niewymierność z mianownika.\[ a = \frac{27 \cdot \sqrt{2}}{\sqrt{2} \cdot \sqrt{2}} \ \text{cm} \]\[ a = \frac{27\sqrt{2}}{2} \ \text{cm} \]
Zadanie 5 (7 pkt)
Oblicz pole powierzchni całkowitej graniastosłupa prostego o wysokości 10 cm, którego podstawą jest:
a) romb o kącie ostrym 60° i boku długości 10 cm,
b) romb o przekątnych długości 12 cm i 16 cm.
a) Pole powierzchni całkowitej graniastosłupa wynosi $(100\sqrt{3} + 400) \ \text{cm}^2$.
b) Pole powierzchni całkowitej graniastosłupa wynosi $592 \ \text{cm}^2$.
a) Obliczenie pola powierzchni całkowitej dla podstawy będącej rombem z kątem i bokiem:
Obliczamy pole podstawy ($P_p$) rombu:\[ P_p = a^2 \cdot \sin(\alpha) \]\[ P_p = (10 \ \text{cm})^2 \cdot \sin(60^\circ) \]\[ P_p = 100 \ \text{cm}^2 \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} = 50\sqrt{3} \ \text{cm}^2 \]Obliczamy obwód podstawy ($O_b$) rombu:\[ O_b = 4 \cdot a \]\[ O_b = 4 \cdot 10 \ \text{cm} = 40 \ \text{cm} \]Obliczamy pole powierzchni bocznej ($P_b$) graniastosłupa:\[ P_b = O_b \cdot H \]\[ P_b = 40 \ \text{cm} \cdot 10 \ \text{cm} = 400 \ \text{cm}^2 \]Obliczamy pole powierzchni całkowitej ($P_c$) graniastosłupa:\[ P_c = 2 \cdot P_p + P_b \]\[ P_c = 2 \cdot 50\sqrt{3} \ \text{cm}^2 + 400 \ \text{cm}^2 \]\[ P_c = (100\sqrt{3} + 400) \ \text{cm}^2 \]b) Obliczenie pola powierzchni całkowitej dla podstawy będącej rombem z przekątnymi:
Obliczamy pole podstawy ($P_p$) rombu:\[ P_p = \frac{d_1 \cdot d_2}{2} \]\[ P_p = \frac{12 \ \text{cm} \cdot 16 \ \text{cm}}{2} \]\[ P_p = \frac{192 \ \text{cm}^2}{2} = 96 \ \text{cm}^2 \]Obliczamy długość boku ($a$) rombu:\[ a = \sqrt{\left(\frac{d_1}{2}\right)^2 + \left(\frac{d_2}{2}\right)^2} \]\[ a = \sqrt{\left(\frac{12 \ \text{cm}}{2}\right)^2 + \left(\frac{16 \ \text{cm}}{2}\right)^2} \]\[ a = \sqrt{(6 \ \text{cm})^2 + (8 \ \text{cm})^2} \]\[ a = \sqrt{36 \ \text{cm}^2 + 64 \ \text{cm}^2} = \sqrt{100 \ \text{cm}^2} = 10 \ \text{cm} \]Obliczamy obwód podstawy ($O_b$) rombu:\[ O_b = 4 \cdot a \]\[ O_b = 4 \cdot 10 \ \text{cm} = 40 \ \text{cm} \]Obliczamy pole powierzchni bocznej ($P_b$) graniastosłupa:\[ P_b = O_b \cdot H \]\[ P_b = 40 \ \text{cm} \cdot 10 \ \text{cm} = 400 \ \text{cm}^2 \]Obliczamy pole powierzchni całkowitej ($P_c$) graniastosłupa:\[ P_c = 2 \cdot P_p + P_b \]\[ P_c = 2 \cdot 96 \ \text{cm}^2 + 400 \ \text{cm}^2 \]\[ P_c = 192 \ \text{cm}^2 + 400 \ \text{cm}^2 = 592 \ \text{cm}^2 \]
Grupa B
Zadanie 1 (3 pkt)
Oblicz pole powierzchni całkowitej graniastosłupa prostego, którego wysokość jest równa 25 cm, a podstawą jest trójkąt o bokach 7 cm, 24 cm i 25 cm.
Pole powierzchni całkowitej graniastosłupa wynosi $1568 \ \text{cm}^2$.
Zadanie 2 (3 pkt)
Podaj liczbę ścian, krawędzi i wierzchołków graniastosłupa:
a) siedmiokątnego,
b) dziewięciokątnego,
c) dwunastokątnego.
a) Graniastosłup siedmiokątny ma $F = 9$ ścian, $E = 21$ krawędzi i $V = 14$ wierzchołków.
b) Graniastosłup dziewięciokątny ma $F = 11$ ścian, $E = 27$ krawędzi i $V = 18$ wierzchołków.
c) Graniastosłup dwunastokątny ma $F = 14$ ścian, $E = 36$ krawędzi i $V = 24$ wierzchołków.
Zadanie 3 (7 pkt)
Długości krawędzi podstawy prostopadłościanu są równe 3 cm i 7 cm. Oblicz wysokość tego prostopadłościanu, jeśli wiadomo, że jego:
a) pole powierzchni całkowitej wynosi 112 cm²,
b) pole powierzchni bocznej stanowi $70\%$ pola powierzchni całkowitej.
a) Wysokość prostopadłościanu wynosi $3.5 \text{ cm}$.
b) Wysokość prostopadłościanu wynosi $4.9 \text{ cm}$.
Zadanie 4 (4 pkt)
Do wykonania modelu sześcianu zużyto 960 cm² kartonu, z czego $25\%$ stanowiły zakładki. Oblicz długość krawędzi tego sześcianu.
Długość krawędzi tego sześcianu wynosi $a = 2\sqrt{30} \ \text{cm}$.
Zadanie 5 (7 pkt)
Oblicz pole powierzchni całkowitej graniastosłupa prostego o wysokości 6 cm, którego podstawą jest:
a) romb o kącie ostrym 45° i boku długości 8 cm,
b) romb o przekątnych długości 6 cm i 8 cm.
a) Pole powierzchni całkowitej graniastosłupa wynosi $(64\sqrt{2} + 192) \ \text{cm}^2$.
b) Pole powierzchni całkowitej graniastosłupa wynosi $168 \ \text{cm}^2$.
