Determina il volume di una piramide triangolare regolare, sapendo che lo spigolo di base misura 6a(sqrt3) e che l'area della superficie laterale della piramide è 45a(sqrt3).
Per determinare il volume della piramide triangolare regolare, possiamo utilizzare la formula:
V=13⋅Ab⋅hV = \frac{1}{3} \cdot A_b \cdot hV=31⋅Ab⋅h
dove:
- VVV è il volume della piramide,
- AbA_bAb è l'area della base della piramide,
- hhh è l'altezza della piramide.
Passaggio 1: Determinare l'area della base AbA_bAb
La base della piramide è un triangolo equilatero, e quindi l'area di un triangolo equilatero può essere calcolata con la formula:
Ab=s234A_b = \frac{s^2 \sqrt{3}}{4}Ab=4s23
dove sss è la lunghezza dello spigolo del triangolo equilatero (che è anche la lunghezza di ogni lato della base della piramide).
Sappiamo che lo spigolo di base è 6a36a\sqrt{3}6a3, quindi:
s=6a3s = 6a\sqrt{3}s=6a3
Ora possiamo calcolare l'area della base AbA_bAb:
Ab=(6a3)234A_b = \frac{(6a\sqrt{3})^2 \sqrt{3}}{4}Ab=4(6a3)23 Ab=(36a2⋅3)34A_b = \frac{(36a^2 \cdot 3) \sqrt{3}}{4}Ab=4(36a2⋅3)3 Ab=108a234A_b = \frac{108a^2 \sqrt{3}}{4}Ab=4108a23 Ab=27a23A_b = 27a^2 \sqrt{3}Ab=27a23
Passaggio 2: Determinare l'altezza della piramide hhh
L'area della superficie laterale AlA_lAl di una piramide triangolare regolare è data dalla formula:
Al=Pb⋅l2A_l = \frac{P_b \cdot l}{2}Al=2Pb⋅l
dove:
- PbP_bPb è il perimetro della base della piramide,
- lll è la lunghezza della generatrice della piramide (cioè la distanza inclinata tra la sommità della piramide e un punto della base).
Il perimetro della base PbP_bPb di un triangolo equilatero è dato da:
Pb=3sP_b = 3sPb=3s
Poiché s=6a3s = 6a\sqrt{3}s=6a3, abbiamo:
Pb=3⋅6a3=18a3P_b = 3 \cdot 6a\sqrt{3} = 18a\sqrt{3}Pb=3⋅6a3=18a3
Sappiamo anche che l'area della superficie laterale è Al=45a3A_l = 45a\sqrt{3}Al=45a3. Ora possiamo sostituire il perimetro PbP_bPb e l'area AlA_lAl nella formula dell'area laterale per trovare la generatrice lll:
45a3=18a3⋅l245a\sqrt{3} = \frac{18a\sqrt{3} \cdot l}{2}45a3=218a3⋅l 45a3=9a3⋅l45a\sqrt{3} = 9a\sqrt{3} \cdot l45a3=9a3⋅l l=5l = 5l=5
Ora che abbiamo trovato la generatrice l=5l = 5l=5, possiamo determinare l'altezza hhh della piramide usando il teorema di Pitagora nel triangolo rettangolo formato dall'altezza della piramide, dalla generatrice lll e dal raggio della base.
Nel triangolo rettangolo, la generatrice lll, l'altezza hhh e il raggio rrr della base sono collegati dalla relazione:
l2=h2+r2l^2 = h^2 + r^2l2=h2+r2
Per determinare il raggio rrr, possiamo usare la formula per il raggio di un triangolo equilatero, che è dato da:
r=s36r = \frac{s \sqrt{3}}{6}r=6s3
Sostituendo s=6a3s = 6a\sqrt{3}s=6a3:
r=6a3⋅36=3ar = \frac{6a\sqrt{3} \cdot \sqrt{3}}{6} = 3ar=66a3⋅3=3a
Ora possiamo applicare il teorema di Pitagora:
52=h2+(3a)25^2 = h^2 + (3a)^252=h2+(3a)2 25=h2+9a225 = h^2 + 9a^225=h2+9a2 h2=25−9a2h^2 = 25 - 9a^2h2=25−9a2 h=25−9a2h = \sqrt{25 - 9a^2}h=25−9a2
Passaggio 3: Calcolare il volume
Infine, possiamo calcolare il volume della piramide usando la formula:
V=13⋅Ab⋅hV = \frac{1}{3} \cdot A_b \cdot hV=31⋅Ab⋅h
Sostituendo Ab=27a23A_b = 27a^2 \sqrt{3}Ab=27a23 e h=25−9a2h = \sqrt{25 - 9a^2}h=25−9a2, otteniamo:
V=13⋅27a23⋅25−9a2V = \frac{1}{3} \cdot 27a^2 \sqrt{3} \cdot \sqrt{25 - 9a^2}V=31⋅27a23⋅25−9a2
Questo è il volume della piramide.