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Volume do prisma reto – Parte 1 Matemática 2o bimestre – Aula 28 – Sequência de atividades 8 Ensino Médio ● Cálculo do volume de prismas. ● Construir fórmulas para o cálculo de volume de prismas retos de base triangular; ● Construir fórmulas para o cálculo de volume de prismas retos de base quadrangular; ● Resolver problemas envolvendo o cálculo de volume de prismas retos de base quadrangular. Para iniciar a nossa aula, vamos relembrar os elementos de um poliedro, que são a face, o vértice e a aresta. Assista ao vídeo e entenda como identificar tais elementos. Vértices, faces e arestas Observação ativa 10 MINUTOS Anteriormente, foi apresentado o cálculo do volume do paralelepípedo reto retângulo e do cubo, porém para calcular o volume de outros sólidos geométricos utilizaremos o princípio de Cavalieri. Cavalieri desenvolveu um método ou princípio para o cálculo de volumes, utilizando, inicialmente, uma comparação entre as propriedades do volume entre prismas e cilindros. Princípio de Cavalieri Continua... Certo é certo 5 MINUTOS Dessa comparação, ele percebeu que se dois sólidos com a mesma altura e com seções paralelas ao plano de suas bases apresentam figuras planas de mesma área, então eles possuem o mesmo volume, não importando a forma de cada sólido. Princípio de Cavalieri Continua... Na figura, podem-se perceber dois prismas com formatos diferentes e mesma altura. O primeiro deles é um prisma de base quadrada, e o outro é um prisma de base pentagonal. Quando se realiza a secção desses sólidos com o plano 𝛼𝛼, percebe-se que eles formam regiões com formatos diferentes. Princípio de Cavalieri Continua... Porém, de acordo com o princípio de Cavalieri, se as áreas dessas regiões forem iguais e suas alturas também forem iguais, o volume desses sólidos também serão iguais. Dessa forma, podemos dizer que o cálculo do volume se reduz ao cálculo do produto da área da base pela altura. Princípio de Cavalieri V = Ab � h Caro estudante, os prismas são sólidos geométricos formado por faces laterais, as quais são paralelogramos que possuem duas bases poligonais congruentes e paralelas. Nesta atividade, vamos explorar alguns conceitos da geometria plana, a partir de um prisma reto e associá-los ao significado dos prismas retos. A partir desta retomada, pretende-se que você construa modelos para calcular o volume de prisma de base triangular, neste caso triângulo equilátero. Atividade 1 Aprender Sempre, Caderno do Aluno, S.A. 8, Aulas 1 e 2, Ativ. 3, p. 205 Mostre-me 10 MINUTOS Continua... A partir das observações do prisma reto de base triangular, determine: A. A quantidade de vértices, arestas e faces. B. O nome dos polígonos das faces. Continua... C. Uma fórmula para calcular a área da base, neste caso do triângulo equilátero. D. Uma fórmula para calcular a área da face, neste caso do retângulo. E. Uma fórmula para calcular a área total do prisma. A. A quantidade de vértices, arestas e faces. As arestas dos prismas triangulares são os segmentos que limitam cada face, então, no prisma triangular, temos 9 arestas. Os vértices dos prismas triangulares são os pontos em que três arestas se encontram. Em geral, um vértice é um ponto onde dois ou mais segmentos de linha se encontram, então, no prisma triangular, temos 6 vértices. Continua... Correção As faces de um prisma triangular são as superfícies planas delimitadas pelas arestas e vértices, então no prisma triangular, temos 5 faces. Continua... A. A quantidade de vértices, arestas e faces. Correção B. O nome dos polígonos das faces. No prisma triangular, temos duas faces triangulares que são as bases. Essas duas faces são paralelas e iguais. Também temos três faces laterais retangulares, que podem ou não ter o mesmo formato. Continua... Correção C. Uma fórmula para calcular a área da base, neste caso, do triângulo equilátero. sen 60° = cateto oposto hipotenusa ⇒ sen 60° = h 𝓵𝓵 ⇒ A∆ABC = 𝓵𝓵 � h 2 A medida da altura (h) do triângulo ABC, será dada por: A área do triângulo ABC, será dada por: 3 2 = h 𝓵𝓵 ⇒ 3 � 𝓵𝓵 = 2h ⟺ 2h = 3 � 𝓵𝓵 ⇒ h = 3 � 𝓵𝓵 2 Continua... Correção A∆ABC = 𝓵𝓵 � h 2 A área do triângulo ABC, será dada por: Então a área do triângulo ABC, será: A∆ABC = 𝓵𝓵 � 3 � 𝓵𝓵 2 2 ⇒ A∆ABC = 3 � 𝓵𝓵2 2 � 1 2 ⇒ A∆ABC = 3 � 𝓵𝓵𝟐𝟐 4 Continua... C. Uma fórmula para calcular a área da base, neste caso, do triângulo equilátero. Correção D. Uma fórmula para calcular a área da face, neste caso do retângulo. Aretângulo = b � h E. Uma fórmula para calcular a área total do prisma. APrisma = 2 � 3 � 𝓵𝓵2 4 + 3 � 𝓵𝓵 � h Correção (DOLCE & POMPEU, FUNDAMENTOS DE MATEMÁTICA ELEMENTAR) A base de um prisma de 10 cm de altura é um triângulo retângulo isósceles de 6 cm de hipotenusa. Calcule a área lateral e o volume do prisma. Atividade 2 Mostre-me 10 MINUTOS Calcule a área lateral e o volume do prisma. Correção Como o triângulo ABC é retângulo e isósceles, temos que os catetos tem a mesma medida (x), então temos que: BC2 = AB2 + AC2 ⇒ 62 = x2 + x2 ⇒ ⇒ 36 = 2x2 ⇔ 2x2 = 36 ⇒ x2 = 36 2 ⇒ ⇒ x2 = 18 ⇒ x = ± 18 Como estamos tratando com medida de segmento, consideraremos apenas x = 18. Continua... Calcule a área lateral e o volume do prisma. Correção Então, temos que: x = 18 = 9 � 2 = 32 � 2 = 3 2 cm A área da base do prisma será: A∆ABC = AB � AC 2 ⇒ A∆ABC = 3 2 � 3 2 𝟐𝟐 ⇒ A∆ABC= 9 � 2 𝟐𝟐 2 ⇒ A∆ABC = 9 � 2 2 = 9 cm2 Continua... Calcule a área lateral e o volume do prisma. Correção Então, o volume do prisma será dado por: VPrisma = A∆ABC � h ⇒ VPrisma = 9 � 10 ⇒ VPrisma = 90 cm3 A área lateral do prisma será dada por: ALateral = 6 � 10 + 2 � 3 2 � 10 ⇒ ⇒ ALateral = 60 + 2 � 30 2 ⇒ ⇒ 𝑨𝑨Lateral = 60 + 60 2 ⇒ ⇒ ALateral = 60 � 1 + 2 cm2 A dinâmica do princípio de Cavalieri O link disponibiliza um applet, possibilitando interagir com alguns sólidos e verificar na prática o princípio de Cavalieri. https://www.geogebra.org/m/utx7gkhz Arremate 5 MINUTOS https://www.geogebra.org/m/utx7gkhz Aprofundando Atividade 1 (PUC/SP) Na figura a seguir, tem-se o prisma reto ABCDEF, no qual DE = 6cm, EF = 8 cm e DE perpendicular a EF. Se o volume desse prisma é 120 cm3, a sua área total, em centímetros quadrados, é: (A) 144. (B) 156. (C) 160. (D) 168. (E) 172. Mostre-me 10 MINUTOS Aprofundando Correção Se o volume desse prisma é 120 cm3, a sua área total, em centímetros quadrados, é: (A) 144 (Incorreta) (B) 156 (Incorreta) (C) 160 (Incorreta) (D) 168 (Correta) (E) 172 (Incorreta) Dados do problema: Volume = 120 cm3 DE = 6 cm EF = 8 cm DE ⊥ EF Continua... Aprofundando Dados do problema: Volume = 120 cm3 DE = 6 cm EF = 8 cm DE ⊥ EF Se o volume do prisma é igual a 120 cm3 e DE ⊥ EF, temos que DE é a altura do triângulo DEF. Assim, o volume do prisma pode ser calculado da seguinte maneira: V = Abase � h ⇒ 120 = EF � DE 2 � BE ⇒ ⇒ 120 = 8 � 6 2 � BE ⇒ 120 = 8 � 3 � BE ⇒ ⇒ 120 = 24 � BE ⇔ 24 � BE = 120 ⇒ ⇒ BE = 120 24 ⇒ BE = 5 cm Continua... Aprofundando Dados do problema: Volume = 120 cm3 DE = 6 cm EF = 8 cm DE ⊥ EF Para calcular a área total do prisma, será necessária a obtenção da área de cada uma das faces do prisma e somá-las, percebe-se que na face ADFC, não temos a medida do segmento DF, que pode ser calculada da seguinte maneira: Sabemos que DE ⊥ EF, então, DF é a hipotenusa do triângulo retângulo DFE, desta forma temos que: DF2 = DE2 + EF2 ⇒ DF𝟐𝟐 = 62 + 82 ⇒ DF2 = 36 + 64 ⇒ DF𝟐𝟐 = 100 ⇒ DF = ± 100 Continua... Aprofundando Como estamos tratando de medidas, temos que: DF = 100 = 10 cm. Volume = 120 cm3 DE = 6 cm EF = 8 cm DE ⊥ EF Dados do problema: Portanto, a área de cada uma das faces, serão dadas por: ADEBA = DE � EB = 6 � 5 = 30 cm2 ABEFC = EF � EB = 8 � 5 = 40 cm2 AADFC = DF � AD = 10 � 5 = 50 cm2 AABC = ADEF = EF � DE 2 ⇒ ⇒ AABC= ADEF = 8 � 62 = 8 � 3 = 24 cm2 Continua... Aprofundando Portanto, alternativa correta D. ÁreaTotal = ADEBA + ABEFC + AADFC + 2 ∙ AABC ÁreaTotal = 30 + 40 + 50 + 2 ∙ 24 ⇒ ÁreaTotal = 168 cm2 Finalmente, a área total do prisma será dada por: ● Construímos fórmulas para o cálculo de volume de prismas retos de base triangular; ● Resolvemos problemas envolvendo o cálculo de volume de prismas retos de base quadrangular. DOLCE, O., POMPEU, J. N. Fundamentos de Matemática Elementar, São Paulo: Atual, 2013. LEMOV, D. Aula nota 10 2.0: 62 técnicas para melhorar a gestão da sala de aula. Porto Alegre: Penso, 2018. SÃO PAULO (Estado) Aprender Sempre: Caderno do Aluno, volume 1, sequência de atividades 8, aulas 1 e 2. SÃO PAULO (Estado). Aprender Sempre: Caderno do Professor, volume 1, parte 2, sequência de atividades 8, aulas 1 e 2, 2023. Lista de imagens e vídeos Slides: 5, 6, 7, 9, 11, 12, 13, 14, 15, 18, 19 e 20. Elaboradas pelo autor. Slides: 22, 23, 24, 25 e 26. Mundo Educação. Disponível em: https://exercicios.mundoeducacao.uol.com.br/exercicios-matematica/exercicios-sobre-volume- prisma.htm#resposta-4686. Acesso em: 12 mar. 2024 Slide 3: Flávia Aleixo. Sólidos geométricos. Vértices, faces e arestas. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=Ef1fX3mR66M. Acesso em: 12 mar. 2024 https://exercicios.mundoeducacao.uol.com.br/exercicios-matematica/exercicios-sobre-volume-prisma.htm#resposta-4686 https://exercicios.mundoeducacao.uol.com.br/exercicios-matematica/exercicios-sobre-volume-prisma.htm#resposta-4686 https://www.youtube.com/watch?v=Ef1fX3mR66M Número do slide 1 Número do slide 2 Vértices, faces e arestas Princípio de Cavalieri Princípio de Cavalieri Princípio de Cavalieri Princípio de Cavalieri Atividade 1 Número do slide 9 Número do slide 10 Correção Correção Correção Correção Correção Correção Atividade 2 Correção Correção Correção A dinâmica do princípio de Cavalieri Atividade 1 Correção Número do slide 24 Número do slide 25 Número do slide 26 Número do slide 27 Número do slide 28 Número do slide 29 Número do slide 30 Número do slide 31