Lai riigieksam 2016, ülesanne 12: Rombikujulise põhjaga püramiidi külgserva nurk
Püramiidi ABCDE põhjaks on romb ABCD ja tipust E tõmmatud kõrgus langeb põhiserva AB keskpunkti.Püramiidi ruumala on 1200 cm³, kõrgus 30 cm ja põhitahu diagonaalide pikkuste vahe 14 cm. Konstrueerige ülesande tekstile vastav joonis ja arvutage nurk püramiidi lühema külgserva ja põhitahu vahel.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2016, ülesanne 12
Valemikaart: püramiidi ruumala
Sp on po˜hja pindala, H ko˜rgus
V=31SpH
Valemikaart: nelinurkade pindalad
Sristku¨lik=ab,Sro¨o¨pku¨lik=ah
Strapets=2a+b⋅h,Sromb=2d1d2
Valemikaart: ruutvõrrandi lahendivalem
ax2+bx+c=0
x1;2=2a−b±b2−4ac
Valemikaart: pythagorase teoreem
a2+b2=c2
a,b on kaatetid,c on hu¨potenuus
Valemikaart: täisnurkse kolmnurga seosed
sinα=ca,cosα=cb,tanα=ba
a on vastaskaatet,b la¨hiskaatet,c hu¨potenuus
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Ruumalast saad põhja pindala, sellest ja diagonaalide vahest diagonaalid. Külgserva projektsioon põhjale algab kõrguse aluspunktist M; lühem külgserv on see, mille projektsioon on lühem.
1Samm 1Peidetud
1
Samm 1: Konstrueeri joonis ja leia põhja pindala
Joonestame rombi ABCD ja selle serva AB keskpunkti M. Punktist M tõmbame põhjaga risti kõrguse EM=30 cm ja ühendame tipu E rombi tippudega. Seejärel leiame ruumalast põhja pindala.
Kirjutame püramiidi ruumala valemi.
V=31SpH
Avaldame põhja pindala ja asendame V=1200 ning H=30.
Sp=H3V=303⋅1200=120 cm2
30 cmABCDEM
Lohista, et pöörata
Kõrguse aluspunkt ei ole siin põhja keskpunktis, vaid serva AB keskpunktis M. Seetõttu on külgtahk ABE põhjaga risti ja külgservad ei ole võrdsed.
2Samm 2Peidetud
2
Samm 2: Leia rombi diagonaalid
Rombi pindala on pool diagonaalide korrutisest. Tähistame lühema diagonaali d, siis pikem on d+14.
Kirjutame rombi pindala valemi.
S=2d1d2
Asendame diagonaalid ja pindala.
2d(d+14)=120
Korrutame mõlemaid pooli kahega ja avame sulud.
d2+14d−240=0
Lahendame ruutvõrrandi lahendivalemiga.
d1;2=2−14±142+4⋅240=2−14±1156=2−14±34
Pikkus on positiivne, seega sobib ainult d=2−14+34.
d=10 cm,d+14=24 cm
30 cm24 cm10 cmABCDEM
Lohista, et pöörata
1156=34. Teine lahend 2−14−34=−24 ei sobi, sest pikkus ei saa olla negatiivne.
3Samm 3Peidetud
3
Samm 3: Leia rombi külg
Rombi diagonaalid on risti ja poolitavad teineteist. Need jagavad rombi neljaks täisnurkseks kolmnurgaks, mille kaatetid on 12 cm ja 5 cm ning hüpotenuus on rombi külg.
Kasutame Pythagorase teoreemi.
AB=122+52=144+25=169=13 cm
30 cm24 cm10 cm13 cmABCDEM
Lohista, et pöörata
4Samm 4Peidetud
4
Samm 4: Leia lühem külgserv
Iga külgserva projektsioon põhjale algab kõrguse aluspunktist M. Kõrgus on kõigil sama (30 cm), seega lühem on see külgserv, mille projektsioon on lühem.
Punkt M on serva AB keskpunkt, seega servade EA ja EB projektsioonid on võrdsed.
MA=MB=213=6,5 cm
Kolmnurgas AMD on kolmnurga võrratuse järgi MD>AD−AM. Sama kehtib MC kohta kolmnurgas BMC.
MD>13−6,5=6,5,MC>13−6,5=6,5
Seega lühemad külgservad on EA ja EB.
EA=EB=302+6,52=942,25≈30,70 cm
30 cm24 cm10 cm13 cmABCDEM
Lohista, et pöörata
Iga külgserv on täisnurkse kolmnurga hüpotenuus, mille kaatetid on kõrgus EM ja serva projektsioon. Mida lühem on projektsioon, seda lühem on serv. Näiteks kui tipu A juures on rombi teravnurk, siis MD≈9,6 cm ja MC≈18,2 cm.
5Samm 5Peidetud
5
Samm 5: Arvuta nurk külgserva ja põhja vahel
Külgserva EA ja põhja vaheline nurk on nurk serva ja selle projektsiooni AM vahel, ehk α=∠EAM. Kolmnurk EAM on täisnurkne, täisnurk on tipus M.
Nurga A vastaskaatet on EM ja lähiskaatet AM.
tanα=AMEM=6,530=1360≈4,615
Leiame nurga taskuarvutiga.
α≈77,8∘
30 cm24 cm10 cm13 cmα≈77,8∘ABCDEM
Lohista, et pöörata
Sirge ja tasandi vaheline nurk on nurk sirge ja selle tasandile projektsiooni vahel. Täpsemalt α≈77,77∘ ehk 77∘46′. Nurk on suur, sest püramiid on kõrge (30 cm) ja projektsioon lühike (6,5 cm).
VASTUS
Püramiidi lühem külgserv (EA või EB) moodustab põhitahuga nurga ligikaudu 77,8∘.