Рассмотрим прямую призму, основание которой — треугольник со сторонами 5 см и 3 см, а угол между этими сторонами равен 120°. Нам нужно найти площадь полной поверхности призмы, зная, что наибольшая из площадей боковых граней равна 56 см².
Шаг 1: Вычисление площади основания треугольника
Для начала найдем площадь треугольника, который является основанием призмы. Мы знаем две его стороны и угол между ними. Площадь треугольника с двумя сторонами (a) и (b) и углом (\gamma) между ними можно найти по формуле:
[ S = \frac{1}{2}ab \sin(\gamma) ]
Подставим известные значения:
[ a = 5 \text{ см}, \, b = 3 \text{ см}, \, \gamma = 120^\circ ]
Зная, что (\sin(120^\circ) = \sin(180^\circ - 60^\circ) = \sin(60^\circ) = \frac{\sqrt{3}}{2}), получаем:
[ S = \frac{1}{2} \cdot 5 \cdot 3 \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} = \frac{15 \sqrt{3}}{4} \text{ см}^2 ]
Шаг 2: Определение высоты призмы
Теперь определим высоту призмы (h). Наибольшая из боковых граней имеет площадь 56 см². Боковая грань прямой призмы представляет собой прямоугольник, одна из сторон которого равна высоте призмы, а другая — стороне основания треугольника. Рассмотрим каждую боковую грань:
- Грань с основанием 5 см:
[ Площадь этой грани = 5h ]
- Грань с основанием 3 см:
[ Площадь этой грани = 3h ]
- Грань с третьей стороной треугольника (найдем позже):
[ Площадь этой грани = c \cdot h ]
Из условия, что наибольшая из площадей боковых граней равна 56 см², следует:
[ 5h = 56 ]
[ h = \frac{56}{5} = 11.2 \text{ см} ]
Шаг 3: Нахождение третьей стороны треугольника
Для нахождения третьей стороны треугольника (c) используем теорему косинусов:
[ c^2 = a^2 + b^2 - 2ab \cos(\gamma) ]
[ c^2 = 5^2 + 3^2 - 2 \cdot 5 \cdot 3 \cdot \cos(120^\circ) ]
Так как (\cos(120^\circ) = -\frac{1}{2}), получаем:
[ c^2 = 25 + 9 + 15 = 49 ]
[ c = \sqrt{49} = 7 \text{ см} ]
Шаг 4: Вычисление площади боковых граней
Теперь вычислим площади всех боковых граней:
- Первая грань: ( 5 \times 11.2 = 56 \text{ см}^2 )
- Вторая грань: ( 3 \times 11.2 = 33.6 \text{ см}^2 )
- Третья грань: ( 7 \times 11.2 = 78.4 \text{ см}^2 )
Шаг 5: Вычисление площади полной поверхности призмы
Площадь полной поверхности призмы равна сумме площадей двух оснований и всех боковых граней:
[ S{\text{полн}} = 2 \times S{\text{осн}} + S{\text{бок}} ]
[ S{\text{осн}} = \frac{15 \sqrt{3}}{4} \text{ см}^2 ]
Площадь боковой поверхности:
[ S_{\text{бок}} = 56 + 33.6 + 78.4 = 168 \text{ см}^2 ]
В итоге:
[ S{\text{полн}} = 2 \times \frac{15 \sqrt{3}}{4} + 168 ]
[ S{\text{полн}} = \frac{30 \sqrt{3}}{4} + 168 ]
[ S_{\text{полн}} = 7.5 \sqrt{3} + 168 \text{ см}^2 ]
Площадь полной поверхности призмы равна (7.5 \sqrt{3} + 168 \text{ см}^2), что является окончательным ответом.