Lai riigieksam 2018, ülesanne 12: Lõigatud kolmnurkse prisma külgpindala
Korrapärane kolmnurkne püstprisma, mille põhiserv on 12 cm ja ruumala 5403 cm³,on lõigatud kaheks osaks tasandiga, mis läbib prisma üht külgserva ja jaotab põhiserva suhtes 3 : 5 (vt joonist). Arvutage lõikamise tulemusel tekkinud suurema ruumalaga kolmnurkse püstprisma külgpindala täpne väärtus.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2018, ülesanne 12
Ülesande joonis
12 cmABCDEF
Lohista, et pöörata
Valemikaart: kolmnurga pindala kahe külje ja nurga kaudu
S=21absinγ
γ on ku¨lgede a ja b vaheline nurk
Valemikaart: püstprisma
V=Sp⋅h
St=2Sp+Sk
Sk=P⋅h,P on po˜hja u¨mbermo˜o˜t
Valemikaart: koosinusteoreem
c2=a2+b2−2abcosγ
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Ruumalast leiad prisma kõrguse. Kahe osa kõrgus on sama, seega on suurema ruumalaga see osa, mille põhi on suurem. Lõikejoone pikkuse põhjas annab koosinusteoreem.
1Samm 1Peidetud
1
Samm 1: Arvuta põhja pindala
Tähistame alumise põhja tipud A, B, C ja ülemise põhja tipud D, E, F. Prisma on korrapärane, seega on põhi võrdkülgne kolmnurk küljega 12 cm ja kõik nurgad on 60∘.
Kirjutame kolmnurga pindala valemi kahe külje ja nendevahelise nurga kaudu.
S=21absinγ
Asendame a=b=12 cm ja γ=60∘, kus sin60∘=23.
Sp=21⋅12⋅12⋅23=363 cm2
12 cmABCDEF
Lohista, et pöörata
Sama tulemuse annab võrdkülgse kolmnurga pindala valem S=4a23=41443=363.
2Samm 2Peidetud
2
Samm 2: Leia prisma kõrgus
Prisma ruumala on põhja pindala korda kõrgus. Ruumala on antud, seega saame avaldada kõrguse.
Kirjutame püstprisma ruumala valemi.
V=Sp⋅h
Asendame V=5403 cm³ ja Sp=363 cm².
5403=363⋅h
Jagame mõlemaid pooli arvuga 363.
h=3635403=36540=15 cm
12 cm15 cmABCDEF
Lohista, et pöörata
3Samm 3Peidetud
3
Samm 3: Jaga põhiserv suhtes 3 : 5
Lõiketasand läbib külgserva AD ja lõikab põhiserva BC punktis K. Suhe 3:5 tähendab, et serv BC on jagatud 3+5=8 võrdseks osaks.
Ühe osa pikkus.
12:8=1,5 cm
Lühem lõik on kolm osa ja pikem viis osa.
CK=3⋅1,5=4,5 cm,KB=5⋅1,5=7,5 cm
12 cm15 cm4,57,5ABCDEFKL
Lohista, et pöörata
Lõikamisel tekib kaks kolmnurkset püstprismat: ühe põhi on kolmnurk ABK, teise põhi kolmnurk AKC. Mõlema kõrgus on 15 cm.
4Samm 4Peidetud
4
Samm 4: Otsusta, kumb prisma on suurem
Mõlema prisma kõrgus on sama, seega on suurem see, mille põhi on suurem. Kolmnurkadel ABK ja AKC on tipust A tõmmatud ühine kõrgus, seega on nende pindalade suhe sama mis aluste suhe.
Põhjade pindalade suhe on aluste KB ja CK suhe.
SABK:SAKC=KB:CK=7,5:4,5=5:3
Suurema ruumalaga prisma põhi on kolmnurk ABK.
VABKDEL>VAKCDLF
Pindalad on SABK=85⋅363=22,53 cm² ja SAKC=13,53 cm². Suurem prisma on see, mille põhi sisaldab pikemat lõiku KB=7,5 cm.
5Samm 5Peidetud
5
Samm 5: Leia lõikejoone pikkus AK
Suurema prisma külgpindala jaoks on vaja põhja ABK kõiki külgi. Teada on AB=12 cm, KB=7,5 cm ja nende vaheline nurk B=60∘.
Kirjutame koosinusteoreemi külje AK jaoks.
AK2=AB2+KB2−2⋅AB⋅KB⋅cos60∘
Asendame väärtused, cos60∘=21.
AK2=122+7,52−2⋅12⋅7,5⋅21=144+56,25−90=110,25
Võtame ruutjuure.
AK=110,25=10,5 cm
12 cm15 cm4,57,560∘10,5ABCDEFKL
Lohista, et pöörata
10,52=110,25, seega on ruutjuur täpne.
6Samm 6Peidetud
6
Samm 6: Arvuta külgpindala
Suurema prisma külgtahud on ristkülikud ABED, BKLE ja lõiketahk AKLD. Kõigi kõrgus on prisma kõrgus 15 cm.
Arvutame põhja ABK ümbermõõdu.
P=AB+KB+AK=12+7,5+10,5=30 cm
Kirjutame püstprisma külgpindala valemi.
Sk=P⋅h
Asendame P=30 cm ja h=15 cm.
Sk=30⋅15=450 cm2
12 cm15 cm4,57,510,5ABCDEFKL
Lohista, et pöörata
Külgpindala on kolme ristküliku pindalade summa: 12⋅15+7,5⋅15+10,5⋅15=180+112,5+157,5=450. Lõiketahk AKLD on uue prisma külgtahk, seega kuulub see külgpindala hulka.
VASTUS
Suurema ruumalaga kolmnurkse püstprisma külgpindala on 450cm2.