descartesclytie0x/descartes-math-platform
บทที่ 29 พีระมิด กรวย และทรงกลมตรงกับหนังสือ ม.3 เล่ม 2 บทที่ 3

29.2 พื้นที่ผิวของพีระมิด กรวย และทรงกลม

เต็นท์ทรงพีระมิดไม่ปูพื้นกับกล่องพีระมิดปิดสนิทมีขนาดเท่ากัน แต่ใช้วัสดุไม่เท่ากัน ก่อนแทนสูตรต้องตอบให้ได้ว่าพื้นผิวใดเป็นส่วนที่ต้องทำจริง และใช้ความสูงแบบไหนวัดพื้นที่นั้น

ผิวข้างพีระมิดคือผลรวมสามเหลี่ยม

พีระมิดมีหน้าข้างเป็นสามเหลี่ยม พื้นที่แต่ละหน้าเท่ากับครึ่งหนึ่งของฐานหน้าคูณความสูงบนหน้านั้น ซึ่งเรียกว่าสูงเอียง ถ้าเป็นพีระมิดตรงฐานเป็นรูปหลายเหลี่ยมด้านเท่ามุมเท่า สูงเอียงทุกหน้าเท่ากัน จึงรวมได้เป็น 12×รอบฐาน×l\frac12\times\text{รอบฐาน}\times l ถ้าหน้าไม่เหมือนกันต้องหาทีละหน้า

ตัวอย่าง 1

เต็นท์พีระมิดตรงฐานจัตุรัสด้านละ 6 เมตร สูงตั้งฉาก 4 เมตร ไม่ปูพื้นและไม่หักประตู ใช้ผ้าเท่าไร

  1. สูงเอียงแต่ละหน้า l=42+32=5l=\sqrt{4^2+3^2}=5 เมตร ใช้ครึ่งด้านฐานคือ 3
  2. พื้นที่หน้าหนึ่ง 12(6)(5)=15\frac12(6)(5)=15 ตารางเมตร
  3. มีสี่หน้า ใช้ 4(15)=604(15)=60 ตารางเมตร ถ้าปูพื้นเพิ่มต้องบวก 62=366^2=36 จึงเป็น 96 ตารางเมตร

กรวยคลี่เป็นรูปพัด

ผิวข้างกรวยคลี่เป็นภาคของวงกลมรัศมี l ความยาวโค้งเท่ากับเส้นรอบวงฐาน 2πr2\pi r พื้นที่ภาควงกลมเท่ากับครึ่งหนึ่งของรัศมีคูณความยาวโค้ง จึงได้ πrl\pi rl ถ้าปิดฐานเพิ่ม πr2\pi r^2

สังเกตว่ารัศมีรูปพัดเป็นสูงเอียงของกรวย ไม่ใช่รัศมีฐาน

ตัวอย่าง 2

กรวยรัศมี 3 สูงตั้งฉาก 4 หาพื้นที่ผิวทั้งหมดในรูป π\pi

  1. สูงเอียง l=32+42=5l=\sqrt{3^2+4^2}=5
  2. ผิวข้าง π(3)(5)=15π\pi(3)(5)=15\pi
  3. ฐาน π(32)=9π\pi(3^2)=9\pi รวม 24π24\pi ตารางหน่วย

ทรงกลมและครึ่งทรงกลม

สมบัติ

ทรงกลมรัศมี r มีพื้นที่ผิว 4πr24\pi r^2 ครึ่งทรงกลมมีผิวโค้ง 2πr22\pi r^2 ถ้ารวมฐานวงกลมด้วยมีผิวทั้งหมด 3πr23\pi r^2

ตัวอย่าง 3

ชามครึ่งทรงกลมรัศมีภายใน 7 เซนติเมตร ต้องเคลือบเฉพาะผิวด้านใน ไม่รวมขอบหนา ใช้ π=22/7\pi=22/7 มีพื้นที่ที่ต้องเคลือบเท่าไร

  1. ชามเปิดปาก ไม่มีวงกลมปิดปากชาม จึงนับเฉพาะผิวโค้ง
  2. พื้นที่ 2πr2=2(22/7)(49)=3082\pi r^2=2(22/7)(49)=308 ตารางเซนติเมตร
  3. ถ้าคำนวณครึ่งทรงกลมแบบปิดฐานจะได้ 462 ซึ่งมากเกินส่วนที่ต้องเคลือบ

ลองคิดก่อน

กรวยสูง 4 รัศมี 3 ใช้ π(3)(4)\pi(3)(4) หาผิวข้างได้ไหม

ดูคำตอบ

ไม่ได้ 4 เป็นความสูงตั้งฉาก ผิวข้างต้องใช้ความสูงตามผิวเอียงคือ 5 เพราะคลี่แล้วความยาวจากยอดถึงขอบฐานยังเป็น 5 เท่าเดิม

สรุป

  • ผิวข้างพีระมิดและกรวยใช้สูงเอียง
  • อ่านว่าต้องรวมฐานหรือไม่ก่อนบวกพื้นที่
  • พื้นที่ผิวใช้หน่วยกำลังสอง ส่วนขนาดรัศมีต้องไม่สับสนกับเส้นผ่านศูนย์กลาง