Призма в задании 3 ЕГЭ: формулы объёма и площади, разбор примеров

Задачи (51)

Ответы кратко — все задачи подтемы
№УсловиеОтвет
27047В сосуд, имеющий форму правильной треугольной призмы, налили 2300 см3 воды и погрузили в в…184
27048В сосуд, имеющий форму правильной треугольной призмы, налили воду. Уровень воды достигает …5
27057Найдите площадь боковой поверхности правильной шестиугольной призмы, сторона основания кот…300
27062Найдите площадь поверхности прямой призмы, в основании которой лежит ромб с диагоналями, р…248
27063Найдите боковое ребро правильной четырехугольной призмы, если сторона ее основания равна 2…12
27082Основанием прямой треугольной призмы служит прямоугольный треугольник с катетами 6 и 8, бо…120
27104Гранью параллелепипеда является ромб со стороной 1 и острым углом 60°. Одно из ребер парал…1,5
27106Через среднюю линию основания треугольной призмы, объем которой равен 32, проведена плоско…8
27107Через среднюю линию основания треугольной призмы проведена плоскость, параллельная боковом…20
27112От треугольной призмы, объем которой равен 6, отсечена треугольная пирамида плоскостью, пр…4
27132Основанием прямой треугольной призмы служит прямоугольный треугольник с катетами 6 и 8, вы…288
27148В основании прямой призмы лежит ромб с диагоналями, равными 6 и 8. Площадь ее поверхности …10
27151Основанием прямой треугольной призмы служит прямоугольный треугольник с катетами 6 и 8. Пл…10
27153Через среднюю линию основания треугольной призмы проведена плоскость, параллельная боковом…16
27183Объём куба равен 12. Найдите объём треугольной призмы, отсекаемой от куба плоскостью, прох…1,5
245340Найдите объем многогранника, вершинами которого являются точки A, B, C, A1 правильной треу…2
245341Найдите объем многогранника, вершинами которого являются точки A, B, C, A_1, C_1 правильно…4
245342Найдите объем многогранника, вершинами которого являются точки A_1, B_1, B, C правильной т…4
245343Найдите объем многогранника, вершинами которого являются точки A, B, C, D, E, F, A_1 прави…4
245344Найдите объем многогранника, вершинами которого являются точки A, B, C, A_1, B_1, C_1 прав…3
245345Найдите объем многогранника, вершинами которого являются точки A, B, D, E, A_1, B_1, D_1, …8
245346Найдите объем многогранника, вершинами которого являются точки A, B, C, D, A1, B1, C1, D1 …6
245356Площадь поверхности правильной треугольной призмы равна 6. Какой станет площадь поверхност…54
245365В правильной шестиугольной призме ABCDEFA_1B_1C_1D_1E_1F_1 все ребра равны 1. Найдите расс…2
245368В правильной шестиугольной призме ABCDEFA_1B_1C_1D_1E_1F_1 все ребра равны 1. Найдите угол…60
316553В правильной шестиугольной призме ABCDEFA_1B_1C_1D_1E_1F_1, все ребра которой равны 8, най…60
316554В кубе ABCDA_1B_1C_1D_1 найдите угол между прямыми AD_1 и B_1D_1. Ответ дайте в градусах.…60
316558В правильной треугольной призме ABCA_1B_1C_1, все ребра которой равны 3, найдите угол межд…45
318475В правильной четырёхугольной призме ABCDA_1B_1C_1D_1 известно, что AC_1=2BC. Найдите угол …60
324451В правильной треугольной призме ABCA1B1C1 стороны оснований равны 2, боковые рёбра равны 5…5
324457В правильной четырёхугольной призме ABCDA1B1C1D1 ребро AA1 равно 15, а диагональ BD1 равна…120
324459Объём треугольной призмы, отсекаемой от куба плоскостью, проходящей через середины двух рё…16
502016В прямоугольном параллелепипеде ABCDA1B1C1D1 известны длины рёбер: AB = 9, AD = 12, AA1 = …0,6
503245В правильной шестиугольной призме ABCDEFA1B1C1D1E1F1, все рёбра которой равны 5, найдите у…60
509576Основанием прямой треугольной призмы служит прямоугольный треугольник с катетами 5 и 12, б…240
510068Через среднюю линию основания треугольной призмы, проведена плоскость, параллельная боково…74
27083Основанием прямой треугольной призмы служит прямоугольный треугольник с катетами 3 и 5. Об…4
27084Найдите объем правильной шестиугольной призмы, стороны основания которой равны 1, а боковы…4,5
245357Найдите объем правильной шестиугольной призмы, все ребра которой равны √(3).…13,5
245364В правильной шестиугольной призме ABCDEFA_1B_1C_1D_1E_1F_1 все ребра равны 1. Найдите расс…2
245366В правильной шестиугольной призме ABCDEFA_1B_1C_1D_1E_1F_1 все ребра равны √(5). Найдите р…5
245367В правильной шестиугольной призме ABCDEFA_1B_1C_1D_1E_1F_1 все ребра равны 1. Найдите танг…2
245369В правильной шестиугольной призме ABCDEFA_1B_1C_1D_1E_1F_1 все ребра равны 1. Найдите угол…60
27150В треугольной призме две боковые грани перпендикулярны. Их общее ребро равно 10 и отстоит …240
27068Площадь боковой поверхности треугольной призмы равна 24. Через среднюю линию основания при…12
27108Найдите объем призмы, в основаниях которой лежат правильные шестиугольники со сторонами 2,…18
522969В правильной треугольной призме ABCA1B1C1 известно, что AB= корень из 3 AA_1. Найдите угол…60
541817Через среднюю линию основания треугольной призмы проведена плоскость, параллельная боковом…28
627981Площадь боковой поверхности треугольной призмы равна 36. Через среднюю линию основания это…18
639940Кусок льда представляет собой правильную шестиугольную призму высотой 18 см. Его планируют…27
654825В правильной шестиугольной призме ABCDEFA1B1C1D1E1F1 все рёбра равны 30. Найдите тангенс у…2

О чём эта подтема

Задание 3 профильного ЕГЭ по стереометрии — это простая на первый взгляд, но требующая аккуратности задача на вычисление элемента геометрического тела: объёма, площади поверхности, длины ребра или высоты. Призма — одна из самых частых фигур в этом задании наряду с параллелепипедом, цилиндром, конусом и пирамидой.

В отличие от заданий 14 и 16, здесь не нужно доказывать перпендикулярность или строить сечения — достаточно знать формулы и уметь их применять к конкретным числам. Часто задачи на призму формулируются как практические сюжеты: лёд, вода в сосуде, изменение размеров фигуры при сохранении объёма. Такие задачи проверяют не только знание формул, но и умение переводить текст на язык математики.

Что нужно знать

Призма — это многогранник, у которого два основания — равные многоугольники, лежащие в параллельных плоскостях, а боковые грани — параллелограммы.

Основная формула, которая нужна почти всегда: V=Sосн⋅h,V=S_{\text{осн}}\cdot h, где SоснS_{\text{осн}} — площадь основания, hh — высота призмы (расстояние между плоскостями оснований, а не длина бокового ребра, если призма наклонная).

Для прямой призмы высота равна длине бокового ребра. В заданиях 3 почти всегда встречаются именно прямые призмы, часто ещё и правильные.

Правильная призма — прямая призма, в основании которой лежит правильный многоугольник. Нужно помнить площади правильных многоугольников со стороной aa:

  • равносторонний треугольник: S=a234S=\dfrac{a^2\sqrt3}{4};
  • квадрат: S=a2S=a^2;
  • правильный шестиугольник (состоит из 6 равносторонних треугольников): S=332a2S=\dfrac{3\sqrt3}{2}a^2.

Для прямоугольного параллелепипеда (частный случай призмы) объём: V=abc,V=abc, где a,b,ca,b,c — длины рёбер.

Площадь боковой поверхности прямой призмы: Sбок=Pосн⋅h,S_{\text{бок}}=P_{\text{осн}}\cdot h, где PоснP_{\text{осн}} — периметр основания.

Площадь полной поверхности: Sполн=Sбок+2Sосн.S_{\text{полн}}=S_{\text{бок}}+2S_{\text{осн}}.

Отдельный важный тип задач — про сосуды с водой и про переплавку/переливание вещества. Здесь работает физический принцип: объём вещества не меняется, если оно не расширяется и не сжимается (лёд, вода, металл при переплавке). Это позволяет составить уравнение V1=V2V_1=V_2 даже без явного упоминания слова «объём» в условии.

Ещё одна идея, которая часто нужна: если в сосуд-призму с известной площадью основания налили жидкость и уровень поднялся на Δh\Delta h, то дополнительный объём равен ΔV=Sосн⋅Δh.\Delta V=S_{\text{осн}}\cdot \Delta h. Это справедливо, потому что горизонтальное сечение призмы на любой высоте имеет одну и ту же площадь основания.

Как решать: метод и алгоритм

  1. Определите тип призмы — правильная, прямая, наклонная, прямоугольный параллелепипед. От этого зависит, какую формулу площади основания использовать.
  2. Выпишите известные величины: сторону основания, высоту, объём, площадь поверхности — то, что дано в условии.
  3. Определите, что является неизвестным и через какую формулу оно связано с известными величинами.
  4. Если в задаче фигурирует изменение формы при сохранении вещества (переплавка льда, металла), составьте уравнение равенства объёмов: Vдо=Vпосле.V_{\text{до}}=V_{\text{после}}.
  5. Если в задаче речь идёт о сосуде с жидкостью и погружённом теле, используйте идею: объём вытесненной жидкости равен объёму погружённого тела, а объём вытесненной жидкости считается через площадь основания сосуда и изменение уровня: Vтела=Sосн сосуда⋅(h2−h1).V_{\text{тела}}=S_{\text{осн сосуда}}\cdot(h_2-h_1).
  6. Подставьте числа, аккуратно проведите алгебраические преобразования — часто общий множитель (например, 3 a2\sqrt3\,a^2) сокращается, и уравнение сильно упрощается.
  7. Проверьте размерность ответа и его правдоподобность (высота не может быть отрицательной, объём — тоже).

Главная ловушка этой подтемы — спутать высоту призмы с боковым ребром (актуально для наклонных призм) или неправильно посчитать площадь основания сложного многоугольника. Второй частый источник ошибок — неверное применение принципа сохранения объёма, когда путают, что именно остаётся постоянным.

Разбор примера

Пример 1.

Условие: кусок льда представляет собой правильную шестиугольную призму высотой 18 см. Его расплавили и снова заморозили так, чтобы получилась правильная треугольная призма, сторона основания которой в 2 раза больше стороны основания исходной. Найти высоту новой призмы.

Шаг 1. Объём исходной призмы.

Пусть сторона основания шестиугольной призмы равна aa. Площадь правильного шестиугольника состоит из 6 равносторонних треугольников со стороной aa: S1=6⋅a234=332a2.S_1=6\cdot\frac{a^2\sqrt3}{4}=\frac{3\sqrt3}{2}a^2. Высота призмы дана — 18 см, значит V1=S1⋅18=332a2⋅18=273 a2.V_1=S_1\cdot 18=\frac{3\sqrt3}{2}a^2\cdot 18=27\sqrt3\,a^2.

Шаг 2. Объём новой призмы.

Новая призма — правильная треугольная, сторона её основания равна 2a2a. Площадь равностороннего треугольника со стороной 2a2a: S2=(2a)234=3 a2.S_2=\frac{(2a)^2\sqrt3}{4}=\sqrt3\,a^2. Если высота новой призмы равна hh, то V2=3 a2⋅h.V_2=\sqrt3\,a^2\cdot h.

Шаг 3. Применяем сохранение объёма.

Масса льда не изменилась, плотность тоже, значит объём воды в твёрдом состоянии остался тем же: V1=V2V_1=V_2: 3 a2⋅h=273 a2.\sqrt3\,a^2\cdot h=27\sqrt3\,a^2. Обе части делятся на 3 a2\sqrt3\,a^2 (эта величина не равна нулю), получаем: h=27.h=27.

Ответ: 27 см.

Важный методический момент: значение aa вообще не нужно было находить — оно сократилось. Это типичная ситуация в задачах на переплавку: сторона основания задаётся буквой, и в итоге все буквенные множители взаимно уничтожаются.

Пример 2.

Условие: в сосуд, имеющий форму правильной треугольной призмы, налили 2300 см³ воды, и погрузили в воду деталь. При этом уровень воды поднялся с отметки 25 см до отметки 27 см. Найти объём детали.

Шаг 1. Найдём площадь основания сосуда.

Сосуд имеет форму правильной треугольной призмы, значит его горизонтальное сечение на любой высоте — треугольник, равный основанию, с постоянной площадью SS. Объём воды до погружения детали равен произведению площади основания на высоту уровня воды: Vводы=S⋅h1.V_{\text{воды}}=S\cdot h_1. Подставляем известные числа: Vводы=2300V_{\text{воды}}=2300 см³, h1=25h_1=25 см: 2300=S⋅25 ⇒ S=230025=92 см2.2300=S\cdot 25 \ \Rightarrow\ S=\frac{2300}{25}=92\ \text{см}^2.

Шаг 2. Найдём объём детали через изменение уровня воды.

Когда в сосуд погрузили деталь, вода поднялась до отметки 27 см — вода как бы «вытеснилась» деталью и заняла дополнительный слой высотой Δh=27−25=2\Delta h=27-25=2 см. Объём этого слоя равен объёму погружённой детали (при условии, что деталь полностью под водой, что следует из условия): Vдетали=S⋅Δh=92⋅2=184 см3.V_{\text{детали}}=S\cdot\Delta h=92\cdot 2=184\ \text{см}^3.

Ответ: 184 см³.

Здесь ключевая идея — использовать тот факт, что сечение призмы одинаково на любой высоте, поэтому объём столбика воды между двумя уровнями считается так же просто, как объём самой призмы: площадь основания умножить на высоту столбика.

Типичные ошибки

  • Путаница между высотой призмы и боковым ребром. Для прямой призмы это одно и то же, но в общем случае (наклонная призма) высота — это перпендикулярное расстояние между основаниями, а не длина ребра.
  • Неверный расчёт площади правильного шестиугольника. Часто забывают множитель 6 или путают формулу с площадью одного треугольника.
  • Забывают, что сохраняется именно объём, а не площадь основания или высота. При переплавке льда/металла в другую форму нельзя переносить линейные размеры — нужно приравнивать именно объёмы.
  • Ошибка в направлении изменения уровня воды. Нужно внимательно смотреть, растёт уровень (тело погружают) или падает (тело вынимают), и правильно вычислять Δh\Delta h.
  • Забывают, что деталь может быть погружена не полностью. Если это не оговорено явно и следует из физического смысла задачи, стоит перепроверить условие — но в задании 3 обычно подразумевается полное погружение.
  • Арифметические ошибки при работе с 3\sqrt3. Стоит группировать иррациональные множители и сокращать их до подстановки чисел, а не после.

На что обратить внимание на экзамене

Задание 3 — это задача на 1 балл, и она должна решаться быстро, за 2–3 минуты. Прежде чем считать, чётко определите тип призмы и то, что именно требуется найти — объём, площадь, ребро или высоту. Если в условии фигурирует бытовой сюжет (лёд, вода, сосуд), сразу подумайте, какой физический закон здесь скрыт: чаще всего это сохранение объёма или связь объёма с площадью основания и высотой столбика жидкости.

При вычислении площадей правильных многоугольников держите под рукой формулы для треугольника, квадрата и шестиугольника — их полезно помнить наизусть, чтобы не тратить время на вывод во время экзамена. Также заранее решите для себя, что деление на общий буквенный множитель (например, a2a^2) — это нормальный и ожидаемый шаг в задачах на переплавку, не нужно бояться, что «неизвестная не найдена явно» — если она сокращается, значит, задача устроена именно так.

Наконец, всегда проверяйте единицы измерения и правдоподобность численного ответа: высота или объём не могут получиться отрицательными или неправдоподобно большими для заданного контекста.

Частые вопросы

Чем отличается высота призмы от бокового ребра?

Для прямой призмы это одно и то же. Для наклонной призмы высота — это перпендикулярное расстояние между плоскостями оснований, а боковое ребро может быть длиннее и располагается под углом к основанию.

Как быстро посчитать площадь правильного шестиугольника со стороной a?

Шестиугольник состоит из 6 равносторонних треугольников со стороной a, поэтому его площадь равна S=6⋅a234=332a2S=6\cdot\frac{a^2\sqrt3}{4}=\frac{3\sqrt3}{2}a^2.

Почему в задачах на переплавку льда или металла объём не меняется, а форма меняется?

Потому что масса вещества сохраняется, а плотность вещества в задаче считается постоянной (агрегатное состояние не меняется в ходе решения задачи или считается, что учитывается только объём твёрдого тела), поэтому объём вещества остаётся тем же самым.

Как найти объём тела, погружённого в сосуд с жидкостью, зная изменение уровня воды?

Нужно умножить площадь основания сосуда на разницу уровней воды до и после погружения: Vтела=Sосн⋅(h2−h1)V_{\text{тела}}=S_{\text{осн}}\cdot(h_2-h_1), при условии, что тело полностью погружено под воду.

Какие формулы обязательно нужно помнить наизусть для этой подтемы?

Объём призмы V=Sосн⋅hV=S_{\text{осн}}\cdot h, площадь боковой поверхности прямой призмы Sбок=Pосн⋅hS_{\text{бок}}=P_{\text{осн}}\cdot h, а также формулы площадей равностороннего треугольника, квадрата и правильного шестиугольника через сторону.

Что делать, если в задаче сторона основания не дана числом, а только буквой?

Обычно такая буква сокращается в ходе решения — например, при составлении уравнения сохранения объёма обе части делятся на одинаковый множитель с этой буквой, и находить её значение не требуется.