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Exercícios Prisma Triangular

Exercícios — Prisma Triangular (com soluções em formato vertical)

Exercícios — Prisma Triangular

Soluções na vertical (cada passo embaixo da igualdade). Conteúdos: área lateral, área total, volume, planificação e Heron.

1) Uma claraboia tem forma de prisma triangular regular com lado da base (equilátera) \(a=8\ \text{cm}\) e altura do prisma \(h=12\ \text{cm}\). Calcule a área lateral e a área total.

Ver solução
$$\begin{aligned} p &= 3a\\ &= 3\cdot 8\\ &= 24\\[6pt] A_b &= \frac{\sqrt3}{4}a^2\\ &= \frac{\sqrt3}{4}\cdot 64\\ &= 16\sqrt3\\[6pt] A_L &= p\cdot h\\ &= 24\cdot 12\\ &= 288\ \text{cm}^2\\[6pt] A_T &= A_L + 2A_b\\ &= 288 + 2\cdot 16\sqrt3\\ &= \boxed{288 + 32\sqrt3\ \text{cm}^2} \end{aligned}$$

2) Uma pequena embalagem é um prisma triangular cuja base é retângula com catetos \(6\ \text{cm}\) e \(8\ \text{cm}\). A altura do prisma é \(10\ \text{cm}\). Calcule o volume e a área total.

Ver solução
$$\begin{aligned} \text{hip} &= \sqrt{6^2+8^2}\\ &= \sqrt{36+64}\\ &= \sqrt{100}\\ &= 10\\[6pt] p &= 6+8+10\\ &= 24\\[6pt] A_b &= \frac{6\cdot 8}{2}\\ &= \frac{48}{2}\\ &= 24\ \text{cm}^2\\[6pt] V &= A_b\cdot h\\ &= 24\cdot 10\\ &= \boxed{240\ \text{cm}^3}\\[6pt] A_L &= p\cdot h\\ &= 24\cdot 10\\ &= 240\\[6pt] A_T &= A_L+2A_b\\ &= 240+2\cdot 24\\ &= \boxed{288\ \text{cm}^2} \end{aligned}$$

3) A seção de uma ponte é um triângulo isósceles de lados \(a,a,b\) com \(a=9\ \text{cm}\) e \(b=14\ \text{cm}\). A altura do prisma é \(h=7\ \text{cm}\). Calcule a área lateral, a área de cada base e o volume.

Ver solução
$$\begin{aligned} \text{altura do triângulo} &= \sqrt{a^2-\left(\frac{b}{2}\right)^2}\\ &= \sqrt{9^2-7^2}\\ &= \sqrt{81-49}\\ &= \sqrt{32}\\ &= 4\sqrt2\\[6pt] A_b &= \frac{b\cdot \text{altura}}{2}\\ &= \frac{14\cdot 4\sqrt2}{2}\\ &= 28\sqrt2\ \text{cm}^2\\[6pt] p &= a+a+b\\ &= 9+9+14\\ &= 32\\[6pt] A_L &= p\cdot h\\ &= 32\cdot 7\\ &= \boxed{224\ \text{cm}^2}\\[6pt] V &= A_b\cdot h\\ &= 28\sqrt2\cdot 7\\ &= \boxed{196\sqrt2\ \text{cm}^3} \end{aligned}$$

4) Um módulo de telhado é um prisma triangular regular com área total \(A_T=540+54\sqrt3\ \text{cm}^2\) e lado da base \(a=9\ \text{cm}\). Calcule a altura do prisma e o volume.

Ver solução
$$\begin{aligned} p &= 3a\\ &= 27\\[6pt] A_b &= \frac{\sqrt3}{4}a^2\\ &= \frac{\sqrt3}{4}\cdot 81\\ &= 20{,}25\sqrt3\\[6pt] A_T &= p\,h + 2A_b\\ 540+54\sqrt3 &= 27h + 40{,}5\sqrt3\\ 27h &= 540 + 13{,}5\sqrt3\\ h &= \frac{540}{27} + \frac{13{,}5}{27}\sqrt3\\ &= 20 + \frac{\sqrt3}{2}\\ &\approx \boxed{20{,}866\ \text{cm}}\\[10pt] V &= A_b\cdot h\\ &= 20{,}25\sqrt3\left(20+\frac{\sqrt3}{2}\right)\\ &= 405\sqrt3 + 10{,}125\cdot 3\\ &= \boxed{405\sqrt3 + 30{,}375\ \text{cm}^3}\\ &\approx \boxed{731{,}86\ \text{cm}^3} \end{aligned}$$

5) Uma caixa técnica é um prisma triangular com base retângula (catetos \(0{,}9\ \text{m}\) e \(1{,}2\ \text{m}\)) e altura do prisma \(2{,}5\ \text{m}\). Pintura das faces laterais: R$ 38,00/m². Impermeabilização de cada base: R$ 52,00/m². Calcule o custo total.

Ver solução
$$\begin{aligned} \text{hip} &= \sqrt{0{,}9^2+1{,}2^2}\\ &= \sqrt{0{,}81+1{,}44}\\ &= \sqrt{2{,}25}\\ &= 1{,}5\ \text{m}\\[6pt] p &= 0{,}9+1{,}2+1{,}5\\ &= 3{,}6\ \text{m}\\[6pt] A_L &= p\cdot h\\ &= 3{,}6\cdot 2{,}5\\ &= 9{,}0\ \text{m}^2\\[6pt] A_b &= \frac{0{,}9\cdot 1{,}2}{2}\\ &= \frac{1{,}08}{2}\\ &= 0{,}54\ \text{m}^2\\[6pt] \text{Custo lateral} &= 9{,}0\cdot 38{,}00\\ &= \text{R\$}\ 342{,}00\\[6pt] \text{Custo bases} &= 2\cdot 0{,}54\cdot 52{,}00\\ &= 1{,}08\cdot 52{,}00\\ &= \text{R\$}\ 56{,}16\\[6pt] \text{Total} &= 342{,}00 + 56{,}16\\ &= \boxed{\text{R\$}\ 398{,}16} \end{aligned}$$

6) Um reservatório é um prisma triangular com base escalena de lados \(7, 9, 10\ \text{cm}\) e altura do prisma \(h=18\ \text{cm}\). Calcule a área da base (Heron), a área total e o volume.

Ver solução
$$\begin{aligned} s &= \frac{7+9+10}{2}\\ &= 13\\[6pt] A_b &= \sqrt{s(s-7)(s-9)(s-10)}\\ &= \sqrt{13\cdot 6\cdot 4\cdot 3}\\ &= \sqrt{936}\\ &= 6\sqrt{26}\ \text{cm}^2\\ &\approx 30{,}59\ \text{cm}^2\\[6pt] p &= 7+9+10\\ &= 26\\[6pt] A_L &= p\cdot h\\ &= 26\cdot 18\\ &= 468\ \text{cm}^2\\[6pt] A_T &= A_L + 2A_b\\ &= 468 + 2\cdot 6\sqrt{26}\\ &= 468 + 12\sqrt{26}\\ &\approx \boxed{529{,}19\ \text{cm}^2}\\[6pt] V &= A_b\cdot h\\ &= 6\sqrt{26}\cdot 18\\ &= 108\sqrt{26}\\ &\approx \boxed{550{,}69\ \text{cm}^3} \end{aligned}$$

7) Deseja-se a planificação de um prisma triangular com base retângula de catetos \(5\ \text{cm}\) e \(12\ \text{cm}\) e altura do prisma \(h=20\ \text{cm}\). (a) Dê as dimensões dos três retângulos; (b) calcule área lateral e área total; (c) com uma aba de cola de 1 cm ao longo de uma aresta lateral, qual a nova área de chapa?

Ver solução
$$\begin{aligned} \text{hip} &= \sqrt{5^2+12^2}\\ &= \sqrt{25+144}\\ &= \sqrt{169}\\ &= 13\\[6pt] \text{Retângulos} &: 5\times 20,\ 12\times 20,\ 13\times 20\\[6pt] p &= 5+12+13\\ &= 30\\[6pt] A_L &= p\cdot h\\ &= 30\cdot 20\\ &= 600\ \text{cm}^2\\[6pt] A_b &= \frac{5\cdot 12}{2}\\ &= 30\ \text{cm}^2\\[6pt] A_T &= A_L + 2A_b\\ &= 600 + 60\\ &= 660\ \text{cm}^2\\[6pt] \text{Aba (1 cm × h)} &= 1\cdot 20\\ &= 20\ \text{cm}^2\\[6pt] \text{Chapa total} &= A_T + \text{Aba}\\ &= 660 + 20\\ &= \boxed{680\ \text{cm}^2} \end{aligned}$$

8) Um prisma triangular tem área lateral \(A_L=1{,}20\ \text{m}^2\) e altura do prisma \(h=0{,}5\ \text{m}\). A base é isósceles com lados \(a,a,b\), sendo \(a=0{,}4\ \text{m}\). (a) Calcule o perímetro da base; (b) determine \(b\); (c) se a altura relativa a \(b\) for \(0{,}3\ \text{m}\), calcule o volume.

Ver solução
$$\begin{aligned} p &= \frac{A_L}{h}\\ &= \frac{1{,}20}{0{,}5}\\ &= 2{,}4\ \text{m}\\[6pt] b &= p – 2a\\ &= 2{,}4 – 2\cdot 0{,}4\\ &= 1{,}6\ \text{m}\\[6pt] A_b &= \frac{b\cdot \text{altura} }{2}\\ &= \frac{1{,}6\cdot 0{,}3}{2}\\ &= \frac{0{,}48}{2}\\ &= 0{,}24\ \text{m}^2\\[6pt] V &= A_b\cdot h\\ &= 0{,}24\cdot 0{,}5\\ &= \boxed{0{,}12\ \text{m}^3} \end{aligned}$$

9) Um tubo porta-desenhos é um prisma triangular regular. Deseja-se volume \(V=2{,}5\ \text{L}=2500\ \text{cm}^3\) com restrição de área lateral \(A_L\le 900\ \text{cm}^2\). (a) Escreva \(V(a,h)\) e \(A_L(a,h)\); (b) dê um par \((a,h)\) viável; (c) calcule a área total desse par.

Ver solução
$$\begin{aligned} \text{Base equilátera:}\quad A_b &= \frac{\sqrt3}{4}a^2,\quad p=3a\\[4pt] V(a,h) &= A_b\cdot h\\ &= \frac{\sqrt3}{4}a^2\,h\\[6pt] A_L(a,h) &= p\cdot h\\ &= 3a\,h\\[10pt] \text{Escolha } a&=20\ \text{cm}\\ h &= \frac{V}{A_b}\\ &= \frac{2500}{(\sqrt3/4)\cdot 20^2}\\ &= \frac{2500}{(\sqrt3/4)\cdot 400}\\ &= \frac{2500}{100\sqrt3}\\ &= \frac{25}{\sqrt3}\ \text{cm}\\ &\approx 14{,}434\\[8pt] A_L &= 3a\,h\\ &= 60\cdot \frac{25}{\sqrt3}\\ &= \frac{1500}{\sqrt3}\\ &\approx 866{,}03\ \text{cm}^2\ (\le 900)\\[8pt] A_b &= \frac{\sqrt3}{4}\cdot 20^2\\ &= 100\sqrt3\\[6pt] A_T &= A_L + 2A_b\\ &= \frac{1500}{\sqrt3} + 200\sqrt3\\ &= \frac{1500+600}{\sqrt3}\\ &= \boxed{\frac{2100}{\sqrt3}\ \text{cm}^2\ \approx\ 1212{,}44} \end{aligned}$$

10) Em um protótipo, o sólido é um prisma triangular com área total \(A_T=1{,}62\ \text{m}^2\) e área lateral \(A_L=1{,}20\ \text{m}^2\). A base é escalena com perímetro \(p=1{,}8\ \text{m}\). (a) Encontre a área de cada base; (b) a altura do prisma; (c) verifique se os lados \(0{,}40\ \text{m}\), \(0{,}55\ \text{m}\), \(0{,}85\ \text{m}\) são compatíveis (Heron); (d) discuta o ajuste pedido.

Ver solução
$$\begin{aligned} 2A_b &= A_T – A_L\\ &= 1{,}62 – 1{,}20\\ &= 0{,}42\\ A_b &= \boxed{0{,}21\ \text{m}^2}\\[8pt] h &= \frac{A_L}{p}\\ &= \frac{1{,}20}{1{,}8}\\ &= \boxed{\frac{2}{3}\ \text{m}\ \approx\ 0{,}6667}\\[10pt] s &= \frac{0{,}40+0{,}55+0{,}85}{2}\\ &= 0{,}90\\[4pt] A_b(\text{dados}) &= \sqrt{\,s(s-0{,}40)(s-0{,}55)(s-0{,}85)\,}\\ &= \sqrt{\,0{,}90\cdot 0{,}50\cdot 0{,}35\cdot 0{,}05\,}\\ &= \sqrt{0{,}007875}\\ &\approx 0{,}0888\ \text{m}^2\\[4pt] \text{Comparação} &: 0{,}0888 \ne 0{,}21\ \Rightarrow\ \text{incompatível.} \end{aligned}$$

(d) Observação importante: manter o mesmo perímetro e ajustar apenas um lado é contraditório quando os outros dois lados ficam fixos, pois o perímetro ficaria determinado. Logo, não é possível atingir \(A_b=0{,}21\ \text{m}^2\) sob essas duas exigências simultâneas.
Para viabilizar, seria preciso relaxar uma condição: (i) permitir alterar dois lados mantendo o perímetro; ou (ii) ajustar um lado e aceitar que o perímetro mude.

8) Veja também (links internos)

9) Materiais recomendados

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