Prisma Rectangular

Geometría y Medición

Un prisma rectangular es un sólido 3D con seis caras rectangulares, como una caja o un ortoedro.

Formula

V = l \times w \times h; \ SA = 2(lw + lh + wh)
Visualization

Definition

Un prisma rectangular (también llamado ortoedro o caja) es una figura 3D con $6$ caras rectangulares en $3$ pares de rectángulos paralelos y congruentes, $12$ aristas y $8$ vértices; volumen $V = lwh$ y área de superficie $SA = 2(lw + lh + wh)$. La diagonal espacial (el segmento interior más largo) tiene longitud $\sqrt{l^2 + w^2 + h^2}$, una extensión 3D del teorema de Pitágoras obtenida aplicando el teorema primero en la base para obtener $\sqrt{l^2 + w^2}$, y luego otra vez verticalmente. Formalmente, un prisma rectangular es el producto cartesiano $[0,l] \times [0,w] \times [0,h]$ en $\mathbb{R}^3$, una caja alineada con los ejes cuyo volumen $lwh$ es el determinante de la matriz diagonal $\text{diag}(l,w,h)$, conectando la caja con el álgebra lineal; los prismas rectangulares cubren $\mathbb{R}^3$ por traslación, a diferencia de la mayoría de los demás poliedros.

Example

Una caja de zapatos, un ladrillo y un libro son todos prismas rectangulares; una caja de $10$ cm de largo, $5$ cm de ancho y $4$ cm de alto tiene volumen $10 \times 5 \times 4 = 200$ cm$^3$. Una caja de envío de $30 \times 20 \times 15$ cm tiene $V = 9000$ cm$^3 = 9$ litros, $SA = 2(600 + 450 + 300) = 2700$ cm$^2$, y diagonal espacial $\sqrt{900 + 400 + 225} = \sqrt{1525} = 39.1$ cm. La razón área de superficie a volumen $SA/V = 2(1/h + 1/w + 1/l)$ disminuye a medida que un cubo crece ($SA/V = 6/s$ para lado $s$), razón por la cual los animales grandes se mantienen más cálidos en relación con su masa que los animales pequeños.

Key Insight

Un cubo es un prisma rectangular especial donde las tres dimensiones son iguales, así que todo cubo es un prisma rectangular pero no todo prisma rectangular es un cubo. La desigualdad AM-GM muestra que para un volumen fijo $V = lwh$, el área de superficie $2(lw+lh+wh)$ se minimiza cuando $l=w=h$ (el cubo), el análogo 3D del resultado isoperimétrico del rectángulo y la razón por la cual los cubos son formas de empaque eficientes.