Processing math: 100%

martes, 21 de abril de 2015

Calcular el volumen de un tetraedro ... ( Artículo escrito en catalán )

Enunciat:
Calculeu el volum d'un tetràedre d'aresta a

Solució:
Calculem el volum com el d'una piràmide ( de base triangular ):
\mathcal{V}=\dfrac{1}{3}\,\mathcal{A}_{base}\,h \quad \quad (1)
on l'àrea de la base ( triangle equilàter ) s'expressa de la forma
\mathcal{A}_{base}=\dfrac{1}{2}\,a\,y
aplicant el teorema de Pitàgores al t.r. 2
y^2=a^2+\big(\dfrac{a}{2}\big)^2 \Rightarrow y=\dfrac{a\,\sqrt{3}}{2}
substituint en (2)
\mathcal{A}_{base}=\dfrac{a^2\,\sqrt{3}}{4} \quad \quad (2)
Procedim, ara, a expressar h en funció de a:
Aplicant el t. de Pitàgores al t.r. 1,
h^2+x^2=a^2 \quad \quad (3)
tampoc coneixem x, però aplicant el t. de Pitàgores al t.r. 3 tenim que
(y-x)^2+\big(\sqrt{a}{2}\big)^2=x^2
tenint en compte que
y=\dfrac{a\,\sqrt{3}}{2}
si desenvolupem el quadrat del binomi del primer membre arribem a
3 \cdot \dfrac{a^2}{4}-\sqrt{3}\,a\,x+x^2+\dfrac{a^2}{4}=x^2
i, simplificant, obtenim
a^2-\sqrt{3}\,x=0 \Rightarrow x=\dfrac{a}{\sqrt{3}}
que, finalment, substituït en (3), i, simplificant, permet expressar h en funció de a:
h^2=\dfrac{2\,a^2}{3}
i, per tant,
h=\sqrt{\dfrac{2}{3}}\,a=\dfrac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\,a
Llavors, posant aquest resultat, així com (2), en (1), deduïm l'expressió del volum del tetràedre, donada l'aresta a com a dada:
\mathcal{V}=\dfrac{1}{3}\cdot \dfrac{a^2\,\sqrt{3}}{4} \cdot\dfrac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\,a
que, simplificat, queda
\mathcal{V}=\dfrac{\sqrt{2}}{12}\,a^3
\square

[nota del autor]

No hay comentarios:

Publicar un comentario

Gracias por tus comentarios