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Tronc de pyramide : volume, aire et apothème

Calculez le volume et les aires latérale et totale d'un tronc de pyramide régulière à partir du nombre de côtés, des côtés des deux bases et de la hauteur.

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Résultats

Volume

84,000

En unités de longueur saisies, au cube

Aire totale

121,896

Aire latérale
76,896
Aire de la grande base
36,000
Aire de la petite base
9,000
Apothème (hauteur d'une face)
4,272
Arête latérale
4,528

Une pyramide dont on a coupé la pointe

Un tronc de pyramide est ce qui reste d’une pyramide coupée par un plan parallèle à sa base, une fois la partie supérieure retirée. Un tronc de pyramide régulière a pour bases deux polygones réguliers semblables, le plus grand en bas et le plus petit en haut, et ses faces latérales sont des trapèzes isocèles identiques. Trémies, jardinières, abat-jour et semelles de fondation en béton prennent souvent cette forme.

Les formules

Pour un tronc régulier à n côtés, de côté a1 en bas, a2 en haut et de hauteur h :

  • Aire de chaque base : B = n × a² ÷ (4 × tan(180° ÷ n))
  • Volume : V = h ÷ 3 × (B1 + B2 + √(B1 × B2))
  • Apothème de chaque base : r = a ÷ (2 × tan(180° ÷ n))
  • Apothème du tronc, ou hauteur des faces : s = √(h² + (r1 − r2)²)
  • Aire latérale : n × (a1 + a2) ÷ 2 × s
  • Arête latérale : √(s² + ((a1 − a2) ÷ 2)²)
  • Aire totale : aire latérale + B1 + B2

Exemple

Un tronc à base carrée de 6 cm de côté en bas, 3 cm en haut et 4 cm de hauteur :

  • Aires des bases : 36 cm² et 9 cm²
  • Volume : 4 ÷ 3 × (36 + 9 + √324) = 4 ÷ 3 × 63 = 84 cm³
  • Apothème du tronc : √(4² + 1,5²) = 4,272 cm
  • Aire latérale : 4 × (6 + 3) ÷ 2 × 4,272 = 76,896 cm²
  • Aire totale : 121,896 cm²
  • Arête latérale : 4,528 cm

Une formule venue de l’Égypte ancienne

Le papyrus mathématique de Moscou, rédigé vers 1850 avant notre ère, contient un problème qui demande le volume d’un tronc de pyramide carrée de côté 4 en bas, 2 en haut et de hauteur 6. La méthode du scribe correspond à la formule moderne et donne 56 : c’est l’un des plus anciens résultats connus de géométrie dans l’espace.

Vérifier le résultat

Le volume du tronc est toujours compris entre celui du prisme de base supérieure, B2 × h, et celui du prisme de base inférieure, B1 × h. Quand a2 est égal à a1, la formule redonne un prisme ; quand a2 vaut zéro, elle redonne la pyramide complète, V = B1 × h ÷ 3. En béton, multipliez le volume par la masse volumique, environ 2,4 t/m³, pour estimer le poids d’une semelle.

Questions fréquentes

Qu'est-ce qu'un tronc de pyramide ?

Le solide obtenu en coupant une pyramide par un plan parallèle à sa base. Pour une pyramide régulière, ses deux bases sont des polygones réguliers semblables et ses faces latérales des trapèzes isocèles.

Comment calculer le volume ?

V = h ÷ 3 × (B + b + √(B × b)), où B et b sont les aires des deux bases et h la hauteur. Cette formule était déjà connue dans l'Égypte ancienne, comme l'atteste le papyrus de Moscou.

Comment calculer l'aire latérale ?

Chaque face est un trapèze dont les côtés parallèles sont les côtés des deux bases et dont la hauteur est l'apothème, si bien que l'aire latérale vaut le nombre de faces × (a1 + a2) ÷ 2 × apothème.

Où trouve-t-on des troncs de pyramide ?

Trémies, jardinières, abat-jour, semelles de fondation, plateaux et pyramides à degrés ou mastabas de l'architecture antique.

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