Gúla térfogata és felszíne

A gúla egy olyan test, amelynek alapja egy n-oldalú sokszög, palástja pedig n darab háromszögből áll. Ezeknek a háromszögeknek van egy közös csúcsuk, ami nincs rajta az alap síkján.

A gúlát az alaplapját alkotó sokszög alapján nevezzük el. Például: háromszög alapú gúla, négyzet alapú gúla.

Ha egy gúla alaplapja szabályos sokszög és csúcsának az alaplapra eső merőleges vetülete a sokszög középpontjában van, akkor a gúlát szabályos gúlának nevezzük.

A gúla térfogata

A gúla alaplapjának területét T-vel, magasságát m-mel jelölve a gúla térfogata:

(1)   \begin{equation*}V=\frac{T*m}{3} \end{equation*}

Ez ismerős lehet, hiszen a tetraéder térfogatát is pontosan így kell kiszámolni. Ez pedig azért van, mivel a tetraéder tulajdonképpen egy gúla, egészen pontosan a háromszög alapú gúlát nevezzük így.

A gúla felszíne

Jelöljük a gúla palástjának területét P-vel. Ekkor a gúla felszíne:

(2)   \begin{equation*}A=T+P\end{equation*}

Ha egy gúlába gömb írható, akkor a beírt gömb sugara a gúla adataival az alábbi módon számolható ki:

(3)   \begin{equation*}r=\frac{3*V}{A} \end{equation*}

Itt r a gúlába írható gömb sugara, V a gúla térfogata, A pedig a felülete.

Hasznos megjegyzések négyzet alapú gúlákhoz

Négyzet alapú gúla esetén két olyan síkmetszetet készíthetünk, amely a gúlával kapcsolatos számolásoknál hasznos lehet. A metsző sík mindkét esetben tartalmazza a gúla magasságát.

Az egyik esetben a sík átmegy továbbá az alaplapot alkotó négyzet két szemközti oldalának felezőpontján. Ekkor egy olyan egyenlőszárú háromszög keletkezik (EGI) melynek alapja a négyzet oldala, szárai pedig a gúla oldallapját alkotó háromszögek magasságai. Ebben a háromszögben az alapokon nyugvó szögek a gúla alaplapja és oldallapja által bezárt szöget adják.

négyzet alapú gúla

A másik esetben a sík tartalmazza az alaplapot alkotó négyzet két szemközti csúcsát. Ekkor egy olyan egyenlőszárú háromszög keletkezik (EBC) melynek alapja a négyzet átlója, szárai pedig a gúla oldalélei. Ebben a háromszögben az alapokon nyugvó szögek a gúla alaplapja és oldaléle által bezárt szöget adják. Ebből a háromszögből határozható meg a gúla köré írt gömb sugara is.

gúla térfogata

Hasznos megjegyzések szabályos gúlákhoz

Ha a szabályos gúla alaplapja valamely n oldalú szabályos sokszög, akkor a fentiekhez hasonlóan két olyan síkmetszetet készíthetünk amelyek a számolások során hasznosak lehetnek.

Az egyik esetben a metsző sík tartalmazza a gúla csúcsát, az alaplapot alkotó sokszög középpontját és az egyik oldalél felezési pontját. Ekkor egy derékszögű háromszöget kapunk, melynek derékszögű csúcsa a sokszög középpontjánál van. A derékszögű háromszög egyik befogója a gúla magassága, másik egy olyan egyenlő szárú háromszögnek a magassága, amit akkor kapunk, ha a sokszöget a középpontjából a csúcsaival összekötjük. A derékszögű háromszög átfogója a palástot alkotó háromszög magassága. Ebben a háromszögben a gúla magasságával szemközti szög a gúla alaplapja és oldallapja által bezárt szög lesz.

A másik esetben a metsző sík tartalmazza a gúla csúcsát, az alaplapot alkotó sokszög középpontját és az alaplapot alkotó sokszög egyik csúcsát. Ekkor egy derékszögű háromszöget kapunk, melynek derékszögű csúcsa a sokszög középpontjánál van. A derékszögű háromszög egyik befogója a gúla magassága, másik egy olyan egyenlőszárú háromszögnek a szára, amit akkor kapunk, ha a sokszöget a középpontjából a csúcsaival összekötjük. A derékszögű háromszög átfogója a gúla egyik oldaléle. Ebben a háromszögben a gúla magasságával szemközti szög a gúla alaplapja és oldaléle által bezárt szög lesz.