Урок-практикум "объем призмы, пирамиды и конуса"

Видеокурс «Получи пятерку» включает все темы, необходимые для успешной сдачи ЕГЭ по математике на 60-65 баллов. Полностью все задачи 1-13 Профильного ЕГЭ по математике. Подходит также для сдачи Базового ЕГЭ по математике. Если вы хотите сдать ЕГЭ на 90-100 баллов, вам надо решать часть 1 за 30 минут и без ошибок!

Курс подготовки к ЕГЭ для 10-11 класса, а также для преподавателей. Все необходимое, чтобы решить часть 1 ЕГЭ по математике (первые 12 задач) и задачу 13 (тригонометрия). А это более 70 баллов на ЕГЭ, и без них не обойтись ни стобалльнику, ни гуманитарию.

Вся необходимая теория. Быстрые способы решения, ловушки и секреты ЕГЭ. Разобраны все актуальные задания части 1 из Банка заданий ФИПИ. Курс полностью соответствует требованиям ЕГЭ-2018.

Курс содержит 5 больших тем, по 2,5 часа каждая. Каждая тема дается с нуля, просто и понятно.

Сотни заданий ЕГЭ. Текстовые задачи и теория вероятностей. Простые и легко запоминаемые алгоритмы решения задач. Геометрия. Теория, справочный материал, разбор всех типов заданий ЕГЭ. Стереометрия. Хитрые приемы решения, полезные шпаргалки, развитие пространственного воображения. Тригонометрия с нуля - до задачи 13. Понимание вместо зубрежки. Наглядное объяснение сложных понятий. Алгебра. Корни, степени и логарифмы, функция и производная. База для решения сложных задач 2 части ЕГЭ.

Тема урока : Объем параллелепипеда, объем призмы, объем пирамиды

Школа: школа-гимназия № 31

Дата: 18.03.16

ФИО учителя: Байтурова А.Р.

Класс 11 «В» (ІІ группа)

Количество присутствующих: 15

Количество

отсутствующих: 15

Цели обучения, которые необходимо достичь на данном уроке

учащиеся смогут

Цели обучения

Все учащиеся будут знать:

Большинство учащихся будут уметь:

анализировать задачи практического характера с использованием формул объемов

Некоторые учащиеся смогут :

анализировать и вычислять задачи с использованием знаний ранее изученного и истолковать ранее усвоенное;

учащиеся проявляют коммуникативную грамотность (организуют работу в группе, планируют свои действия

Языковая цель

Учащиеся могут:

Устно и письменно описывать различия между этапами работы, задавать вопросы для перепроверки или пояснения. Выполнение заданий на развитие навыков слушания, говорения.

Ключевые слова и фразы:

Параллелепипед, призма, пирамида, формулы объема

Стиль языка, подходящий для диалога/письма в класса

Учащиеся могут использовать новые слова, чтобы показать свое понимание:

Таким образом …

Мои выводы основаны на …

Предыдущее обучение

Параллелепипед, призма, пирамида, объем

План

Планируемые сроки

Планируемые действия

Ресурсы

Начало урока

Организационный момент.

Взаимное приветствие. Психологический настрой на урок. Объединение на группы. Правило работы группы.

учебник «Геометрия» 11 класс,

слайд-презентация,

листы оценивания, модели призм

Девиз урока «Решай, ищи, твори и мысли».

«Знаете ли вы, что…?»

1)Презентации учащихся на тему Интересные факты из истории геометрии.

Тему урока вы уже знаете, попробуйте сформулировать цель нашего урока

2) Устный счет (слайд-презентация)

Формативное оценивание через наблюдение, уточняющие вопросы. Внесение баллов в лист оценивания

Середина урока

ГР – Решение задач (Приложение В).

«Галерея»

Учащиеся группы получат задания на карточках. Учащимся необходимо решить данные задачи и сверить с ключом ответа.

Формативное оценивание наблюдение, уточняющие вопросы. Внесение баллов в лист оценивания

Лабораторно-практическая работа

Составьте задачу, связанную с вашим многогранником

Оценить выполненные постера и выступление стикера по принципу «Две звезды, одно желание»

Конец урока

Домашнее задание.

Составить три практические задачи на нахождение объёмов многогранников и решить их. Повторить все формулы.

Рефлексия .

«Я знаю», «Необходимо повторить»

Дополнительная информация

Дифференциация. Как вы планируете поддержать учащихся? Как вы планируете стимулировать способных учащихся?

Оценивание. Как вы планируете увидеть приобретенные знания учащихся?

Межпредметные связи соблюдение СанПиН ИКТ компетентность связи с ценностями

Все учащиеся будут знать определение, свойства, формулы объемов параллелепипеда, призмы и пирамиды применять формулы в решении задач;

Все учащиеся должны знать анализировать задачи практического характера с использованием формул объемов Большинство учащихся будут: применять математические знания к решению практических задач; Некоторые учащиеся будут: анализировать и вычислять задачи с использованием знаний ранее изученного и истолковать ранее усвоенное; проявлять коммуникативную грамотность (организуют работу в группе, планируют свои действия.

Формативное оценивание учащихся во время урока проводилось с помощью поощрения, наблюдение, комментарий, корректирования, уточняющих вопросов, «светофора».Но суммативное оценивание выставляется после завершения заданий

Обобщение материала происходит через межпредметная связь с русским языком путем диалогового обучения. Через познавательный интерес учащихся, связь между математикой и окружающей жизнью.

Рефлексия

Использование пространство ниже, чтобы провести итоги урока. Ответьте на самые актуальные вопросы об уроке из блока слева

Цели обучения достигнуты, обучение было направлено на применение знаний в задачах практического содержания. Время обучение было выдержано.

Итоговая оценка

Какие два аспекта в обучении прошли очень хорошо (учетом преподавания и учения?)

Лабораторно-практическая работа, «Галерея»

Какие два обстоятельства могли бы улучшить урок (с учетом преподавания и учения)?

Устный счет, презентации учащихся

Что узнал об учениках в целом или отдельных лицах?

Даша хороший организатор.

Владимир активно работал в лабораторно-практической работе

Приложение А

Лист самооценки и взаимооценки работы в группе

Фамилия, имя ученика___________________

Критерий

Моя
оценка

Оценка группы

Я внес(ла) большой вклад в работу группы

Я умею выслушивать аргументы своих товарищей, принимать другую точку зрения

Я умею объяснять свою точку зрения, приводить доводы и убеждать

Я отстаиваю свое мнение корректно

Я готов(а) принимать новые идеи

Я умею формулировать проблему и разбивать ее на отдельные задачи

Я умею работать в команде, вести вербальные коммуникации (со своими товарищами и учителем)

Критерии оценивания (за каждый критерий – от 0 до 5 баллов)

1 группа

«Знаете ли вы, что…»

Устный счет

Лабораторно-практическая работа

Устный счет

Приложение В

1 группа

Три ребра прямоугольного параллелепипеда, выходящие из одной вершины, равны 1, 0,5 и 16. Найдите ребро равновеликого ему куба. V=8 cм 3 , a куба =2 см

В правильной четырехугольной пирамиде боковое ребро, равное 2, наклонено к основанию под углом 45 градусов. Найти объем пирамиды. (16/3).

Суточное выпадение осадков составило 20 мм. Сколько воды выпало за сутки на треугольную (правильный треугольник) клумбу со стороной 5 м?

Решение. Клумба-прямая треугольная призма, где h= 20 мм =0.02 м, V= So∙ h , So=½∙5*5∙sin 60º ≈10,8 (м²). V=10,8∙ 0,02= 0,216≈ 0,2(м³)=200 дм³=200 л.

Какое количество зерна вмещает склад, имеющий размеры пола 18м*80 м, максимальная высота склада 5м, минимальная высота склада 3м. Плотность зерна 666 кг/м³.

Решение : Дана пятиугольная призма, V=S осн ∙H, S осн = S прям + S D S прям =3∙18=54, SΔ = ½ ∙18∙3=27, S осн =54+27=81 V=81∙80=6480 м 3 , m= ρ∙V, m=666∙6480=4315680 кг. ≈4316 т

2 группа

Два ребра прямоугольного параллелепипеда, выходящие из одной вершины, равны 2, 4. Диагональ параллелепипеда равна 6. Найдите объем параллелепипеда.(4)

Основание пирамиды равнобедренный треугольник со сторонами 5см, 5см, 6см. Высота пирамиды 9см. Найдите объём пирамиды.(108)

Классное помещение должно быть таким, чтобы на одного учащегося приходилось не менее 6 м³ воздуха. Можно ли в кабинете с параметрами a=9 м, b=6 м, c=3 м заниматься с 35 учащимися, не нарушая санитарной нормы?

Решение : V= So∙ h =9 ∙6 ∙3=162 (м ³); 162:35=4,63 (м³) воздуха приходится на одного учащегося.Нет, в кабинете можно заниматься с 35 учащимся.

Какое количество кирпича сможет перевезти машина, имеющая размеры кузова 14м*2,2м*1,2м? Размеры кирпича 25см*12см*8см.

Решение : V кузова =14∙ 2,2∙ 1,2=36,96 м³; V кирпича =0,25∙ 0,12∙ 0,08 = 0,0024м³ 36,96: 0,0024=15400 (шт

3 группа

Два ребра прямоугольного параллелепипеда, выходящие из одной вершины, равны 10 и 5. Диагональ параллелепипеда равна 15. Найдите объем параллелепипеда (10)

В треугольной усечённой пирамиде высота равна 10м. Стороны одного основания равны 27м, 29м и 52м, а периметр другого основания равен 72м. Определите объём усечённой пирамиды

Теперь найдем S2:
;

Сколько сена (в тоннах) вмещает сеновал размерами 7*3*4 м, если тюк сена имеет размеры 0,8*0,4*0,5м и массу 20 кг.

Решение : V c = 7∙3∙4=84 м 3 ; V т = 0,8∙0,4∙0,5=0,16 м 3 n=84:0,16=525(тюков); m=525∙20=10500 кг=10,5т

Дан Самосвал, кузова которого представляет собой параллелепипед высотой в 2 м и длиной в 4 м, а шириной в 2,5 м. Сколько тонн щебня войдет в кузов, если известно, что в 1 м 3 входит 500 кг щебня. (10)

(2 часа)

По учебникуЛ.С.Атанасян и др.

«Геометрия 10-11» - М.: «Просвещение», 2010г.

МАОУ «МСОШ №20»

Миасского городского округа

Челябинской области

Левина Татьяна Анатольевна

Урок-практикум по геометрии 11 класс

по теме: «Объем призмы, пирамиды и конуса»

(2 часа)

Цели урока: 1. Систематизировать знания, полученные на предыдущих уроках и закрепить умения решать задачи на вычисление объемов.

2. Развить образное мышление и пространственное воображение, показать красоту геометрии и увлечь учащихся геометрическими задачами.

3. Воспитать чувство ответственности, коллективизма, самостоятельность, умение отстаивать свою точку зрения.

План урока: 1. «Разминка».

2. Проверка домашнего задания.

3. Творческое задание «Аукцион».

4. Индивидуальные задания. Работа в группах.

5. Выступления с отчетами.

6. Решение задач по готовым чертежам.

7. Самостоятельная работа.

8. Итоги урока. Домашнее задание.

Ход урока:

Учитель: Мы начинаем урок – практикум. Тема урока (на доске). Цель нашего урока сегодня: систематизировать знания, полученные на предыдущих уроках и закрепить умения решать задачи на вычисление объемов. Развить образное мышление и пространственное воображение, показать красоту геометрических задач. Воспитать чувство ответственности, коллективизма, самостоятельность, умение отстаивать свою точку зрения. В тетрадях – число, тему урока.

Но работать мы сегодня будем особо – каждый ряд в классе – это команда, группа единомышленников, сплоченных единой целью, быть сегодня самой лучшей. Активность групп будет оценена. (1 мин)

1. Мы с вами изучили формулы объемов призмы, пирамиды, цилиндра и конуса. Для того чтобы работать дальше вспомним формулы – «Разминка» . На доске справа находятся части равенства, а слева – оставшиеся части. Ваша задача восстановить формулу, прочитать её, выбрать соответствующую модель и показать на ней основные элементы.

V кон V ус.кон V приз

V ус.пир

V цил

V пир

(Полученные формулы весь урок находятся на открытой доске!) (3 мин)

2. Проверка домашнего задания (по готовым чертежам объяснить решение)

(по времени-? Можно перенести на конец урока)

704

Дано: конус, h кон =d осн =H

Найти: V кон

Решение: V кон = . По условию R =H /2, h =H .

V кон = π (H /2) 2 H =πH 3 /12

Ответ : πH 3 /12

708

Дано: усеченный конус, R =6м, r =3м, l =5м.

Найти: V ус.кон

Решение: V ус.кон =

Из прямоугольной трапеции ОО 1 А 1 А: Н=4м.

V ус.кон = ==84π м 3

Ответ : 84π м 3 (5 мин)

3. А теперь я предлагаю вам творческое задание «Аукцион» : по готовому чертежу и данным элементам определить какие еще величины можно определить? Активность команд отмечается.

Задача 1 :

Дана правильная четырехугольная пирамида. Боковое ребро 5см,

высота пирамиды 4см. Какие величины можно найти в этой пирамиде?

Задача 2 :

Дан цилиндр. Диаметр цилиндра равен его высоте = 3см,

Какие величины можно найти в этом цилиндре?

(4 мин)

4. А теперь переходим к основному этапу – работа в группах. 2-3 парты сдвигаем и присаживаемся вокруг. Первые парты освобождаем для индивидуальной работы.

Индивидуальные задания получают 3 ученика («слабых»). Им нужно: 1) решить задачу на нахождение объема, 2) выполнить необходимые измерения вычислить объем полученной модели.

1 карточка:

Найти объем цилиндра. (45π см 3 )

Вычислить объем конуса. ( π см 3 )

2 карточка: (15 см 3 )

Вычислить объем цилиндра. ( π см 3 )

3 карточка:

Найти объем конуса. (15π см 3 )

( см 3 )

(После выполнения работы ученики присоединяются к группам!)

Работа в группах (инструкция): Каждая группа получает задачу, которую нужно решить, записать решение в тетради, затем оформить чертеж, условие и краткое решение на доске. После оформления на доске группа готова к отчету. Выступает 1 ученик от группы, объясняет решение своей задачи. Остальные учащиеся записывают решение в тетради, задают вопросы, предлагают свое решение, сомневаются или одобряют решение группы.

Задание №1(сильная группа)

В основании пирамиды лежит треугольник со сторонами 5см, 5см и 6см. Боковые грани пирамиды наклонены к плоскости основания под углом 60º. Найдите объем конуса, вписанного в эту пирамиду.

(Решение: V кон =⅓π R 2 H . Высота конуса = высоте пирамиды. Т.к. боковые грани наклонены под углом 60º к плоскости основания, то вершина пирамиды ( S ) проецируется в центр ( O ) вписанной в треугольник окружности, значит радиус конуса = радиусу вписанной в треугольник окружности. По формуле: r = S / p S тр =1/2·6 ·4 =36см 2 , p =8 см, r =36/8 =1,5 см= OH = R кон . Из треугольника SOH : SH =3 см, SO =4,5см= H кон . Тогда V кон =⅓· π ·(1,5 ) 2 ·4,5= 10,125 π см 3 )

Задание №2(средняя группа)

В основании пирамиды лежит треугольник со сторонами 13, 12 и 5см. Все боковые ребра наклонены к плоскости основания под углом 45º. Найдите объем пирамиды.

(Решение: V пир =⅓S осн ·H . Треугольник АBC в основании прямоугольный, т.к. 13 2 =12 2 +5 2 . S тр =1/2ав=1/2·12·5=30см 2 . Т.к. все боковые ребра наклонены к плоскости основания под углом 45º, то вершина пирамиды (S ) проецируется в центр (О) описанной около треугольника окружности. По формуле: R =abc /4S =(13·12·5)/(4·30)=6,5см или треугольник прямоугольный, то центр описанной окружности лежит на середине гипотенузы, т.е. R =13/2=6,5см. Из треугольника SAO : R =AO =SO =H пир =6,5см. Тогда V пир =⅓·S осн ·H =⅓·30·6,5=65см 3 )

Задание №3(сильная группа)

В цилиндр вписана призма, основанием которой служит прямоугольный треугольник. В нем катет равен 6см, а прилежащий угол 60º. Диагональ большей боковой грани призмы составляет с плоскостью её основания угол в 45º. Найдите объем цилиндра.

(Решение: V цил =πR 2 ·H . Треугольник АBC в основании призмы прямоугольный, то центр описанной окружности(O - центр основания цилиндра) лежит на середине гипотенузы, по условию из треугольника ABC : гипотенуза BC =12см, т.е. R =12/2=6см. Большая боковая грань призмы - эта грань, содержащая гипотенузу прямоугольного треугольника. По условию из треугольника ВВ 1 С: ВВ 1 =H пир =ВС=12см. Тогда V цил =πR 2 ·H =π ·6 2 ·12=432π см 3 )

5. Выступления с отчетами. (Вместе с подготовкой – 32 мин)

6. Решение задач по готовым чертежам.

Задача №1

Дан прямоугольный треугольник с катетами 2см и 5см. Один конус получен вращением этого треугольника вокруг меньшего катета, а другой конус – вращением треугольника вокруг большего катета. Равны ли объемы этих конусов? Если нет, то какой - больше?

(нет ; больше тот, у которого радиус больше, т.е. объем 1 конуса )

Задача №2

Прямоугольная трапеция с основаниями 5см и 8см и большей боковой стороной 5см вращается около меньшего основания. Найдите объем тела вращения.

(тело состоит из цилиндра и вынутого из него конуса,

V тела =V цил – V кон =π4 2 ·8 – ⅓π4 2 ·3=128π – 16π =112 π см 3 )

Задача №3

Стороны оснований правильной четырехугольной усеченной пирамиды равны 12см и 6см. Апофема боковой грани 5см. Найдите объем усеченной пирамиды.

( S б.осн =12 2 =144см 2 , S м.осн =6 2 =36см 2 , из прямоугольной трапеции: высота пирамиды H =4см, V ус.пир = = =·4·(144+36+)= 336см 3 )

Задача №4

В основании пирамиды лежит равнобедренный треугольник с боковой стороной 2см и основанием 2,4см. Боковые ребра пирамиды наклонены к плоскости основания под углом 45º. Найдите объем пирамиды.

(V пир =⅓· S осн · H , S осн =1/2а· h =1/2·2,4·1,6=1,92см 2 . Из условия

Н пир =R опис.окр.Из формулы R =abc /4S =(2·2·2,4)/(4·1,92)=

=1,25см= Н пир. Тогда V пир =⅓·S осн ·H =⅓·1,92·1,25=0,8см 3 )

(13 минут)

7. Самостоятельная работа №8 . (по времени - ? решить 1-2-3 задачи по выбору)

1 вариант

1) Дана правильная треугольная пирамида. Её боковое ребро равное 10см составляет с плоскостью основания угол φ = 30º. Найдите объём пирамиды.

2) Стороны оснований правильной четырехугольной усеченной пирамиды равны 4см и 6см. Площадь диагонального сечения равна 15см 2 . Найдите объём усеченной пирамиды.

2 вариант

1) Дана правильная четырехугольная пирамида. Сторона основания равна 3см, плоский угол при вершине α = 60º. Найдите объём пирамиды.

2) Стороны оснований правильной четырехугольной усеченной пирамиды равны 4√2см и 6√2см. Площадь диагонального сечения равна 90см 2 . Найдите объём усеченной пирамиды.

3) Основанием пирамиды является прямоугольный треугольник, катеты которого 24дм и 18дм. Каждое боковое ребро равно 25дм. Пирамида пересечена плоскостью, параллельной плоскости основания и делящей боковое ребро пополам. Найдите объём полученной усеченной пирамиды.

Возможна проверка ответов : 1 вариант – 1) c м 3 , 2)см 3 , 3)1260см 3

2 вариант – 1)см 3 , 2)456см 3 , 3)1260см 3

(25-30 мин)

8. Итоги урока. Домашнее задание.

Итак, мы сегодня повторили все формулы, решали различные задачи, составляли задачи, восстанавливали формулы, работали в группах, проверили свою готовность к предстоящей контрольной работе.

- Оценки за урок : самая активная группа, индивидуальные задания, фронтальная работа с формулами и задачами по готовым чертежам.

Домашнее задание : Повторить все формулы по теме «Объемы».

Решить из учебника задачи: №691, №706, №747. Готовиться к к/р.

Я думаю, что для вас это не покажется трудным, т.к. подобные задачи мы сегодня разобрали. (2 мин)

1 карточка: 1) Дан цилиндр. Радиус цилиндра 3см. Его высота 5см.

Найти объем цилиндра.

2) Модель конуса. Выполнить необходимые измерения.

Вычислить объем конуса.

2 карточка: 1) Дана правильная четырехугольная пирамида. Сторона основания 3см. Высота пирамиды 5см. Найти объем пирамиды.

2) Модель цилиндра. Выполнить необходимые измерения.

Вычислить объем цилиндра.

___________________________________________________________________________

3 карточка: 1) Дан конус. Радиус конуса 3см. Его высота 5см.

Найти объем конуса.

2) Модель правильной треугольной призмы.

Выполнить необходимые измерения. Вычислить объем призмы.

________________________________________________________________________________________

Задание №1

боковые грани

___________________________________________________________________________

Задание №2

боковые ребра

___________________________________________________________________________

Задание №3

___________________________________________________________________________

Задание №1

В основании пирамиды лежит треугольник со сторонами 5см, 5см и 6см. Все боковые грани пирамиды наклонены к плоскости основания под углом 60º. Найдите объем конуса, вписанного в эту пирамиду.

___________________________________________________________________________

Задание №2

В основании пирамиды лежит треугольник со сторонами 13см, 12см и 5см. Все боковые ребра наклонены к плоскости основания под углом 45º. Найдите объем пирамиды.

___________________________________________________________________________

Задание №3

В цилиндр вписана призма, основанием которой служит прямоугольный треугольник. В нем катет равен 6см, а прилежащий угол 60º. Диагональ большей боковой грани призмы составляет с плоскостью её основания угол в 45º. Найдите объем цилиндра.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

МНОГОГРАННИКИ

II ОБЪЕМ ПРИЗМЫ И ПИРАМИДЫ

Объём пирамиды

90. Лемма. Треугольные пирамиды с равновеликими основаниями и равными высотами равновелики.

Доказательство наше будет состоять из трёх частей.
В первой части мы докажем равновеликость не самих пирамид, а вспомогательных тел, составленных из ряда треугольных призм, поставленных друг на друга.
Во второй части мы докажем, что объёмы этих вспомогательных тел при увеличении числа составляющих их призм приближаются к объёмам пирамид как угодно близко .
Наконец, в третьей части мы убедимся, что сами пирамиды должны быть равновелики.

I . Вообразим, что пирамиды поставлены основаниями на некоторую плоскость (как изображено на черт. 99), тогда их вершины будут находиться на одной прямой, параллельной плоскости оснований, и высота пирамид может быть изображена одним и тем же отрезком прямой Н.

Разделим эту высоту на какое-нибудь целое число (n ) равных частей (например, на 4, как это указано на чертеже) и через точки деления проведем ряд плоскостей, параллельных плоскости оснований. Плоскости эти, пересекаясь с пирамидами, дают в сечениях ряд треугольников, причем треугольники пирамиды S будут равновелики соответствующим треугольникам пирамиды S 1 (§ 77). Поставим внутри каждой пирамиды ряд таких призм, чтобы верхними основаниями у них были треугольники сечений, боковые рёбра были параллельны ребру SА в одной пирамиде и ребру S 1 A 1 в другой, а высота каждой призмы равнялась бы H / n . Таких призм в каждой пирамиде окажется n -1; они образуют собой некоторое ступенчатое тело, объём которого, очевидно, меньше объёма той пирамиды, в которой призмы построены.

Обозначим объёмы призм пирамиды S по порядку, начиная от вершины, буквами
р
1 , р 2 , р 3 , ... , p n -1 , а объёмы призм пирамиды S 1 - также по порядку от вершины буквами q 1 , q 2 , q 3 , ... , q n -1 ; тогда, принимая во внимание, что у каждой пары соответствующих призм (у р 1 и q 1 , у р 2 и q 2 и т. д.) основания равновелики и высоты равны, мы можем написать ряд равенств:

р 1 = q 1 , р 2 = q 2 , р 3 = q 3 , ..., p n -1 = q n -1

Сложив все равенства почленно, найдём:

р 1 + р 2 + р 3 + ... + p n -1 = q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n -1 (1)

Мы доказали, таким образом, что объёмы построенных нами вспомогательных ступенчатых тел равны между собой (при всяком числе п , на которое мы делим высоту Н).

II. Обозначив объёмы пирамид S и S 1 соответственно буквами V и V 1 положим, что

V - (р 1 + р 2 + р 3 + ... + p n -1) = x
и
V 1 - (q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n -1) = y

р 1 + р 2 + р 3 + ... + p n -1 = V - х
и
q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n -1 = V 1 - y

Тогда равенство (1) мы можем записать так:

V - х = V 1 - y . (2)

Предположим теперь, что число п ранных частей, на которое мы делим высоту Н, неограниченно возрастает; например, предположим, что, вместо того чтобы делить высоту на 4 равные части, мы разделим её на 8 равных частей, потом на 16, на 32 и т. д., и пусть каждый раз мы строим указанным образом ступенчатые тела в обеих пирамидах. Как бы ни возросло число призм, составляющих ступенчатые тела, равенство (1), а следовательно, и равенство (2) остаются в полной силе. При этом объёмы V и V 1 , конечно, не будут изменяться, тогда как величины х и у , показывающие, на сколько объёмы пирамид превосходят объёмы соответствующих ступенчатых тел, будут, очевидно, всё более и более уменьшаться. Докажем, что величины х и у могут сделаться как угодно малы (другими словами, что они стремятся к нулю). Это достаточно доказать для какой-нибудь одной из двух величин х и у , например для х .

С этой целью построим для пирамиды S (черт. 100) ещё другой ряд призм, который составит тоже ступенчатое тело, но по объёму большее пирамиды.

Призмы эти мы построим так же, как строили внутренние призмы, с той только разницей, что треугольники сечений мы теперь примем не за верхние основания призм, а за нижние. Вследствие этого мы получим теперь ряд призм, которые некоторой своей частью будут выступать из пирамид наружу, и потому они образуют новое ступенчатое тело с объёмом, бoльшим, чем объём пирамиды. Таких призм будет теперь не п - 1, как внутренних призм, а п . Обозначим их объёмы по порядку, начиная от вершины, буквами: р" 1 , р" 2 , р" 3 , ... , p" n -1 , p" n . Рассматривая чертёж, мы легко заметим, что

р" 1 = р 1 , р" 2 = р 2 , р" 3 = р 3 , ... , p" n -1 = p n -1

( р" 1 + р" 2 + р" 3 + ... + p" n -1 + p" n ) - (р 1 + р 2 + р 3 + ... + p n -1)= p" n

р" 1 + р" 2 + р" 3 + ... + p" n -1 + p" n > V,
р 1 + р 2 + р 3 + ... + p n -1 < V,

V- (р 1 + р 2 + р 3 + ... + p n -1) < p" n

x < p" n

Ho p" n = площади ABC H / n (если AВС есть основание); поэтому

x < площади ABC H / n .

При неограниченном возрастании числа n величина H / n , очевидно, может быть сделана как угодно малой (стремится к нулю). Поэтому и произведение: площадь ABC H / n , в котором множимое не изменяется, а множитель стремится к нулю, тоже стремится к нулю, и так как положительная величина х меньше этого произведения, то она и подавно стремится к нулю.

То же самое рассуждение можно было бы повторить и о величине у .

Мы доказали, таким образом, что при неограниченном увеличении числа призм объёмы вспомогательных ступенчатых тел приближаются к объёмам соответствующих пирамид как угодно близко.

III. Заметив это, возьмём написанное выше равенство (2) и придадим ему такой вид:

V - V 1 = x - y . (3)

Докажем теперь, что это равенство возможно только тогда, когда V= V 1 и х = у . Действительно, разность V - V 1 как всякая разность постоянных величин, должна равняться постоянной величине, разность же x - y , как всякая разность между переменными величинами, стремящимися к нулю, должна или равняться некоторой переменной величине (стремящейся к нулю), или равняться нулю. Так как постоянная величина не может равняться переменной, то из двух возможностей надо оставить только одну: разность х - у = 0; но тогда V= V 1 и х = у .

Мы доказали, таким образом, что рассматриваемые пирамиды равновелики.

Необходимость столь сложного доказательства этой теоремы объясняется тем фактом, что два равновеликих тела нельзя так легко преобразовывать одно в другое, как это можно было делать с равновеликими многоугольниками на плоскости. Именно, если даны два равновеликих многогранника, то в общем случае оказывается невозможным разбить один из них на такие части (даже при помощи дополнений), из которых можно было бы составить другой. В частности, это невозможно для двух произвольных треугольных пирамид с равновеликими основаниями и равными высотами.

Доказанная лемма очень просто выводится также из принципа Кавальери.

Действительно, вообразим, что две пирамиды с равновеликими основаниями и равными высотами поставлены основаниями на какую-нибудь плоскость Р (черт. 101), тогда всякая секущая плоскость Q, параллельная Р, даёт в сечении с пирамидами треугольники равновеликие (§ 77); следовательно, пирамиды эти удовлетворяют условиям принципа Кавальери, и потому объёмы их должны быть одинаковы. Но это доказательство нельзя считать строгим, так как принцип Кавальери нами не был доказан.

91. Теорема. Объём пирамиды равен произведению площади её oснования на треть её высоты.

Сначала докажем эту теорему для пирамиды треугольной, а затем и многоугольной.

1) На основании треугольной пирамиды SABC (черт. 102) построим такую призму SABCDE, у которой высота равна высоте пирамиды, а одно боковое ребро совпадает с ребром SB. Докажем, что объём пирамиды составляет третью часть объёма этой призмы. Отделим от призмы данную пирамиду. Тогда останется четырёхугольная пирамидаSADEC (которая для ясности изображена отдельно). Проведём в ней секущую плоскость через вершину S и диагональ основания DC. Получившиеся от этого две треугольные пирамиды имеют общую вершину S и равные основания DEC и DAC, лежащие в одной плоскости; значит, согласно доказанной выше лемме пирамиды эти равновелики. Сравним одну из них, именно SDEC, с данной пирамидой. За основание пирамиды SDEC можно взять /\ SDE; тогда вершина её будет в точке С и высота равна высоте данной пирамиды. Так как /\ SDE = /\ АВС, то согласно той же лемме пирамиды SDEC и SABC равновелики.

Призма ABCDES нами разбита на три равновеликие пирамиды: SABC, SDEC и SDAC. (Такому разбиению, очевидно, можно подвергнуть всякую треугольную призму. Это является одним из важных свойств треугольной призмы.) Таким образом, сумма объёмов трёх пирамид, равновеликих данной, составляет объём призмы; следовательно,

где Н есть высота пирамиды.

2) Через какую-нибудь вершину Е (черт. 103) основания многоугольной пирамиды SABCDE проведём диагонали ЕВ и ЕС.

Затем через ребро SE и каждую из этих диагоналей проведём секущие плоскости. Тогда многоугольная пирамида разобьётся на несколько треугольных, имеющих высоту, общую с данной пирамидой. Обозначив площади оснований треугольных пирамид через b 1 , b 2 , b 3 и высоту через Н, будем иметь:

объём SABCDE = 1 / 3 b 1 H + 1 / 3 b 2 H + 1 / 3 b 3 H = (b 1 + b 2 + b 3) H / 3 =
= (площади ABCDE) H / 3 .

Следствие. Если V, В и Н означают числа, выражающие в соответствующих единицах объём, площадь основания и высоту какой угодно пирамиды, то

92. Теорема. Объём усечённой пирамиды равен сумме объёмов трёх пирамид, имеющих высоту, одинаковую с высотой усечённой пирамиды, а основаниями: одна - нижнее основание данной пирамиды, другая - верхнее основание, а площадь основания третьей пирамиды равна среднему геометрическому площадей верхнего и нижнего оснований.

Пусть площади оснований усечённой пирамиды (черт. 104) будут В и b , высота Н и объём V (усечённая пирамида может быть треугольная или многоугольная - всё равно).

Требуется доказать, что

V = 1 / 3 BH + 1 / 3 b H + 1 / 3 H √Bb = 1 / 3 H (B + b + √Bb ),

где √Bb есть среднее геометрическое между B и b .

Для доказательства на меньшем основании поместим малую пирамиду, дополняющую данную усеченную пирамиду до полной. Тогда объём усечённой пирамиды V мы можем рассматривать как разность двух объёмов - полной пирамиды и верхней дополнительной.

Обозначив, высоту дополнительной пирамиды буквой х , мы найдём, что

V = 1 / 3 B (Н + х ) - 1 / 3 = 1 / 3 (BH+ Bх- bх ) = 1 / 3 [ВH+(В - b )х ].

Для нахождения высоты х воспользуемся теоремой § 74, согласно которой мы можем написать уравнение:

Для упрощения этого уравнения извлечём из обеих частей его арифметический квадратный корень:

Из этого уравнения (которое можно рассматривать как пропорцию) получим:

х √B = H√b + х b

(√B -√b )х = H√b ,

и, следовательно,

Подставив это выражение в формулу, выведенную нами для объёма V, найдём:

Так как В-b = (√B +√b ) (√B -√b ), то по сокращении дроби на разность √B -√b получим:

V = 1 / 3 }