Pyramide

Une pyramide à n côtés est un polyèdre constitué en reliant une base polygonale de n cotés à un point, nommé l'apex, par n faces triangulaires.



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Définitions :

  • Solide composé de triangles ayant un polygone pour base et un sommet commun; Ouvrages d'architecture à quatre faces triangulaires ainsi qu'à base... (source : fr.wiktionary)
  • solide dont la base est un polygone et les faces latérales sont les triangles issus d'un sommet et s'appuyant sur chacun des côtés du ... (source : villemin.gerard.free)
Ensemble des pyramides
Pyramide carrée
Faces n triangles,
1 n-gone
Arêtes 2n
Sommets n+1
Groupe de symétrie Cnv
Polyèdre dual Auto-duaux
Propriétés convexe

Une pyramide (du grec pyramis) à n côtés est un polyèdre constitué en reliant une base polygonale de n cotés à un point, nommé l'apex, par n faces triangulaires (n ≥ 3). En d'autres mots, c'est un solide conique avec une base polygonale.

Quand cela n'est pas précisé, la base est supposée carrée. Pour une pyramide triangulaire chaque face peut servir de base, avec le sommet opposé pour apex. Le tétraèdre régulier, un des solides de Platon, est une pyramide triangulaire. Les pyramides carrées et pentagonales peuvent aussi être construites avec l'ensemble des faces régulières, et donc sont des solides de Johnson. L'ensemble des pyramides sont des auto-duaux.

Les pyramides sont une sous-classes des prismatoïdes.

Origine du nom

Ce sont les Grecs qui ont introduit le nom de «pyramide», comparant les pyramides d'Égypte avec une de leurs pâtisseries de forme identique nommée «pyramis» ou «pyramous»[1].

Volume

Le volume d'une pyramide est V = \frac{1}{3} AhA est l'aire de la base et h la hauteur de la base à l'apex. Ceci est valable pour toute localisation de l'apex, à condition que h soit mesuré comme la distance perpendiculaire à partir du plan qui contient la base.

Ceci peut être démontré par le calcul suivant :

En utilisant le fait que les dimensions d'une section plane parallèle à la base augmente de façon linéaire à partir de l'apex vers la base. Alors, la section plane à une hauteur quelconque y est la base mise à l'échelle par un facteur de \frac{h-y}{h}, où h est la hauteur à partir de la base vers l'apex. Puisque l'aire d'une forme quelconque est multipliée par le carré de la forme mise à l'échelle, l'aire de la section plane à une hauteur y est \frac{A}{hˆ2}(h-y)ˆ2.
Le volume est donné par l'intégrale \frac{A}{hˆ2} \int_0ˆh (h-y)ˆ2 \, dy = \frac{-A}{3hˆ2} (h-y)ˆ3 \bigg|_0ˆh = \frac{1}{3}Ah.

(Trivialement, le volume d'une pyramide à base carrée avec un apex d'hauteur égale à la moitié de la base peut être vue comme un sixième d'un cube constitué par six pyramides de cette sorte (en paires opposées) par le centre. Alors "base fois la hauteur" correspond à un demi du volume du cube, et donc trois fois le volume de la pyramide, ce qui donne le facteur un tiers).

Pyramide géométrique vue en perspective

Aire de la surface

L'aire de la surface d'une pyramide régulière, c'est-à-dire une pyramide dont l'ensemble des faces sont des triangles isocèles semblables, est A =A_b+ \frac{ps}{2}Ab est l'aire de la base, p le périmètre de la base et s la hauteur de la pente le long de la bissectrice d'une face (ie la longueur à partir du milieu d'une arête quelconque de la base jusqu'à l'apex).

Pyramides avec des faces polygonales

Si l'ensemble des faces sont des polygones réguliers, la base de la pyramide peut être un polygone régulier de 3, 4 ou 5 côtés :

Nom Tétraèdre Pyramide carrée Pyramide pentagonale
Tetrahedron.svg Square pyramid.png Pentagonal pyramid.png
Classe Solide de Platon Solide de Johnson (J1) Solide de Johnson (J2)
Base Triangle équilatéral Carré Pentagone régulier
Groupe
de symétrie
Td C4v C5v

Le centre géométrique d'une pyramide carrée est situé sur l'axe de symétrie, à un quart de la base vers l'apex.

Symétrie

Si la base est régulière et l'apex est au-dessus du centre, le groupe de symétrie d'une pyramide à n côtés est Cnv d'ordre 2n, excepté dans le cas d'un tétraèdre régulier, qui possède le groupe de symétri plus grand Td d'ordre 24, qui a quatre versions de C3v pour sous-groupes.

Le groupe de rotation est Cn d'ordre n, excepté dans le cas d'un tétraèdre régulier, qui possède le groupe de rotation plus grand T d'ordre 12, qui a quatre versions de C3 pour sous-groupes.

Généralisation aux dimensions supérieures

Une pyramide est un objet géométrique ayant pour base un polygone quelconque, auquel on relie tous ses sommets à un point unique. Par abus de langage, on dit qu'elle est régulière si toutes ses faces sont des polygones réguliers.

En généralisant, une hyperpyramide de dimension 4 est un polychore ayant pour base un polyèdre auquel on relie tous ses sommets à un point unique. Le pentachore en est l'exemple le plus simple.

Et par conséquent, une hyperpyramide de dimension n est un polytope à n dimensions, qui a pour base un polytope à n-1 dimensions, et dont l'ensemble des sommets sont reliés à un point unique. Une hyperpyramide peut être reconnue comme la totalité de l'ensemble des "états" pris par sa base lors de son rétrécissement progressif jusqu'à l'apex le long d'une médiane centrale (reliant le centre de gravité de la base au sommet) ; tous ces "états" de la base sont en fait l'intersection de l'hyperpyramide avec des hyperplans parallèles à la base. L'hypervolume d'une hyperpyramide de dimension n est donné par la formule : V_n = \frac{B_{n-1} \times h}{n}, où Bn − 1 est l'hypervolume de la base et h la hauteur.

Les premières hyperpyramides
Nom Point Segment Triangle Pyramide 4-hyperpyramide 5-hyperpyramide
Explication rien (d=-1) n'est relié à un point (d=0) un point (d=0) est relié à un point (d=0) un segment (d=1) est relié à un point (d=0) un polygone (d=2) est relié à un point (d=0) un polyèdre (d=3) est relié à un point (d=0) un polychore (d=4) est relié à un point (d=0)
Dimension 0 1 2 3 4 5
Image Point graphe.jpg Segment graphe.jpg Triangle illustration.svg Square pyramid.png Hyperpyramide-animation.gif


Tout simplexe est une hyperpyramide, et la plus simple de chaque dimension.

Symbolique

Pour la franc-maçonnerie, la pyramide représente la Lumière, l'éveil des Hommes qui se rapprochent de la vérité, des dieux. Chez les Egyptiens, la pyramide est le lieu où l'Homme passe de la vie à la mort. Les franc-maçons ont par conséquent repris ce symbole pour désigner le passage de l'ignorance à la connaissance, de la vie profane à la vie d'initié.

La forme pyramidale serait magique, et augmenterait certaines qualités en elle , à un lieu précis.

Article détaillé : champs de forme.

Notes, références

  1. Définitions lexicographiques et étymologiques de pyramide du CNRTL.

Article connexe

Liens externes


Solides géométriques
Les polyèdres
Les solides de Platon
Tétraèdre - Cube - Octaèdre - Icosaèdre - Dodécaèdre
Les solides d'Archimède
Tétraèdre tronqué - Cube tronqué - Octaèdre tronqué - Dodécaèdre tronqué - Icosaèdre tronqué - Cuboctaèdre - Cube adouci - Icosidodécaèdre - Dodécaèdre adouci - Petit rhombicuboctaèdre - Grand rhombicuboctaèdre - Petit rhombicosidodécaèdre - Grand rhombicosidodécaèdre
Les solides de Kepler-Poinsot
Petit dodécaèdre étoilé - Grand dodécaèdre étoilé - Grand dodécaèdre - Grand icosaèdre
Les solides de Catalan
Triakioctaèdre - Tétrakihexaèdre - Triakitétraèdre - Pentakidodécaèdre - Triaki-icosaèdre - Dodécaèdre rhombique - Icositétraèdre pentagonal - Triacontaèdre rhombique - Hexacontaèdre pentagonal - Icositétraèdre trapézoïdal - Hexakioctaèdre - Hexacontaèdre trapézoïdal - Hexaki icosaèdre
Les solides de Johnson
Les solides de révolution
Boule - Cylindre de révolution - Cône de révolution - Tore - Paraboloïde de révolution

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