Призма примери 2

Решени задаци, паралелопипед.

Задаци


Текст задатака објашњених у видео лекцији.

Пр.3)   Израчунати дијагонале правог паралелопипеда основних ивица 5cm и 3cm, ако је једна дијагонала основе 4cm, а краћа дијагонала паралелопипеда нагнута према равни основе под углом од 60∘{60^ \circ }.


Пр.3)

211

Означимо основне ивице правог паралелопипеда са a=5cm,b=3cma = 5cm,b = 3cm, дијагоналу основе са d2=4cm{d_2} = 4cm, а краћа дијагонала паралелопипеда je D2{D_2}.

△BDD1\vartriangle BD{D_1} jе правоугли, онда

cos⁡60∘=d2D212=4D2D2=8cm\begin{aligned}&\cos {60^ \circ } = \frac{{{d_2}}}{{{D_2}}} \\ &\frac{1}{2} = \frac{4}{{{D_2}}} \\ &{D_2} = 8cm\end{aligned}

tg60∘=Hd23=H4H=43cm\begin{aligned}&tg{60^ \circ } = \frac{H}{{{d_2}}} \\ &\sqrt 3 = \frac{H}{4} \\ &H = 4\sqrt 3 cm\end{aligned}

Затим дале желимо да израчунамо дужу диjагоналу d1{d_1} паралелограма коj се налази у основи паралелопипеда.

Применом косиносноj теореме:

d22=a2+b2−2abcos⁡α{d_2}^2 = {a^2} + {b^2} - 2ab\cos \alpha

Затим косиносну теорему примењимо и на троугао коj се налази испод дијагонале d1{d_1}

d12=a2+b2−2abcos⁡(180∘−α){d_1}^2 = {a^2} + {b^2} - 2ab\cos \left( {{{180}^ \circ } - \alpha } \right)

d12=a2+b2+2abcos⁡α{d_1}^2 = {a^2} + {b^2} + 2ab\cos \alpha

d12=a2+b2−2abcos⁡αd12=a2+b2+2abcos⁡α∣+d12+d22=2a2+2b2d12+16=2⋅25+2⋅9d12=50+18−16d12=52d1=213\begin{aligned}&\left. \begin{aligned}&{d_1}^2 = {a^2} + {b^2} - 2ab\cos \alpha \\ &{d_1}^2 = {a^2} + {b^2} + 2ab\cos \alpha\end{aligned} \right| + \\ &d_1^2 + d_2^2 = 2{a^2} + 2{b^2} \\ &d_1^2 + 16 = 2 \cdot 25 + 2 \cdot 9 \\ &d_1^2 = 50 + 18 - 16 \\ &d_1^2 = 52 \\ &{d_1} = 2\sqrt {13}\end{aligned}

Сада можемо израчунати дужу диjагоналу паралелопипеда D1{D_1}.

D12=H2+d12D12=48+52D1=10cm\begin{aligned}&D_1^2 = {H^2} + d_1^2 \\ &D_1^2 = 48 + 52 \\ &{D_1} = 10cm\end{aligned}

Прав паралелопипед је права призма са паралелограмом у основи: бочне ивице су нормалне на основу и једнаке висини HH. Дијагонале основе рачунате косинусном теоремом: d22=a2+b2−2abcos⁡αd_2^2 = a^2 + b^2 - 2ab\cos\alpha и d12=a2+b2+2abcos⁡αd_1^2 = a^2 + b^2 + 2ab\cos\alpha, а ако је позната једна, другу добијате из d12+d22=2(a2+b2)d_1^2 + d_2^2 = 2(a^2 + b^2). Свака просторна дијагонала, одговарајућа дијагонала основе и висина граде правоугли троугао: D2=d2+H2D^2 = d^2 + H^2.

Ако је дат угао φ\varphi који просторна дијагонала заклапа са основом, онда је d=Dcos⁡φd = D\cos\varphi и H=dtg⁡φH = d\operatorname{tg}\varphi. Краћој дијагонали основе одговара краћа просторна дијагонала. Честа грешка је упарити просторну дијагоналу са погрешном дијагоналом основе.

xyzA4 m3 mHd₂d₁D₂D₁42424Превуците да окренете
68°
3 m
Краћа дијагонала пода d₂
4 m
Дужа дијагонала пода d₁
5,83 m
Дужа просторна дијагонала D₁
6,56 m
Угао D₁ са подом
27,2°
Под има странице 4 m и 3 m; за α≈68∘\alpha \approx 68^\circ краћа дијагонала пода је 4 m, као у примеру. Љубичасте дужи су дужа дијагонала пода d1d_1 и дужа просторна дијагонала D1D_1, а црвене краће. Повећавајте α\alpha ка 90∘90^\circ: под постаје правоугаоник, дијагонале пода се изједначавају, а D1D_1 се скраћује.

Исти рачун користе мајстори кад просторија нема праве углове: из страница пода, једне измерене дијагонале и висине добијају другу дијагоналу и најдуже растојање у просторији, на пример да провере да ли ће дугачка цев или профил стати унутра.

Профил у радионици

Мала радионица у приземљу старе угаоне зграде има под облика паралелограма, јер се улице не секу под правим углом. Странице пода су 4 m и 3 m, краћа дијагонала пода је 4 m, а висина просторије 3 m. У радионици треба оставити челични профил дугачак 6 m. Може ли да стане положен на под, а може ли укосо, од угла пода до супротног угла плафона, и под којим углом према поду би тада стајао?

Решење

  1. Дужа дијагонала пода: из d12+d22=2(a2+b2)d_1^2 + d_2^2 = 2(a^2 + b^2) следи d12=2(16+9)−16=34d_1^2 = 2(16 + 9) - 16 = 34, па је d1=34≈5,83d_1 = \sqrt{34} \approx 5{,}83 m. То је мање од 6 m, па профил не стаје на под.
  2. Дужа просторна дијагонала, дужа дијагонала пода и висина граде правоугли троугао: D12=d12+H2=34+9=43D_1^2 = d_1^2 + H^2 = 34 + 9 = 43, па је D1=43≈6,56D_1 = \sqrt{43} \approx 6{,}56 m.
  3. Краћа просторна дијагонала је D2=d22+H2=16+9=5D_2 = \sqrt{d_2^2 + H^2} = \sqrt{16 + 9} = 5 m, па профил стаје само дуж дуже.
  4. Угао профила према поду: tg⁡φ=Hd1=334≈0,514\operatorname{tg}\varphi = \frac{H}{d_1} = \frac{3}{\sqrt{34}} \approx 0{,}514, па је φ≈27,2∘\varphi \approx 27{,}2^\circ.

Одговор: Профил не стаје на под, јер је дужа дијагонала пода око 5,83 m, али стаје укосо дуж дуже просторне дијагонале од око 6,56 m, нагнут према поду за око 27,2∘27{,}2^\circ.

Задатак за вежбу

Основне ивице правог паралелопипеда су 8 cm и 5 cm, краћа дијагонала основе је 7 cm, а краћа просторна дијагонала нагнута је према основи под углом од 45∘45^\circ. Израчунајте висину, дужу дијагоналу основе и обе просторне дијагонале.

Прикажи решење

Из правоуглог троугла са углом од 45∘45^\circ: H=d2=7H = d_2 = 7 cm и D2=72≈9,90D_2 = 7\sqrt 2 \approx 9{,}90 cm. Затим d12=2(64+25)−49=129d_1^2 = 2(64 + 25) - 49 = 129, d1=129≈11,36d_1 = \sqrt{129} \approx 11{,}36 cm, и D1=129+49=178≈13,34D_1 = \sqrt{129 + 49} = \sqrt{178} \approx 13{,}34 cm.