فعالیت
محاسبۀ حجم هرم
در شکل زیر، منشوری با دو قاعدۀ و را میبینید. نقطۀ C را به نقطههای E و D و نقطۀ B را به نقطۀ D وصل میکنیم؛ به این ترتیب منشور را به سه هرم، مطابق شکل تجزیه میکنیم. آیا این سه هرم را در این منشور تشخیص میدهید؟ با پاسخ دادن به سؤالهای زیر، نشان دهید که این سه هرم، حجمهای برابر دارد و از آنجا نتیجه بگیرید که حجم هر یک از آنها، یک سوم حجم منشور است.
جواب گامبهگام
گام ۱: سه هرم عبارتاند از (قاعدهٔ و رأس )، (قاعدهٔ و رأس ) و (قاعدهٔ و رأس ). هرم همان هرم است، یعنی قاعدهٔ و رأس .
گام ۲: (۱) یک وجه جانبی منشور است. ضلعهای مقابل آن موازیاند، پس متوازیالاضلاع است (در منشور قائم، مستطیل). قطر آن را به دو مثلث همنهشت و تقسیم میکند، پس این دو مثلث هممساحتاند.
گام ۳: (۲) هرمهای و رأس مشترک دارند. قاعدههایشان و در یک صفحهاند، پس ارتفاع هر دو برابر فاصلهٔ تا آن صفحه است. قاعدهها هممساحتاند (طبق ۱) و ارتفاعها برابرند، پس حجمها برابرند.
گام ۴: (۳) و دو قاعدهٔ منشورند و همنهشتاند، پس هممساحتاند.
گام ۵: (۴) هرمهای و قاعدههای هممساحت دارند (طبق ۳). ارتفاع هر دو برابر فاصلهٔ دو قاعدهٔ منشور، یعنی ارتفاع منشور است. پس حجمهایشان برابر است.
گام ۶: (۵) از (۲) داریم . چون همان است، از (۴) داریم . پس هر سه هرم حجم برابر دارند و مجموع حجمهایشان حجم منشور است. اگر مساحت قاعده و ارتفاع باشد:
جواب نهایی
۱) متوازیالاضلاع است و قطر آن را به دو مثلث همنهشت، پس هممساحت، تقسیم میکند.
۲) قاعدههای و هممساحتاند و رأس مشترک ارتفاع برابر میدهد، پس حجمها برابرند.
۳) و دو قاعدهٔ همنهشت منشورند، پس هممساحتاند.
۴) قاعدهها هممساحت و ارتفاعها برابر با ارتفاع منشور است، پس حجمها برابرند.
۵) سه هرم حجم برابر دارند و مجموعشان حجم منشور است، پس .