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角柱・円柱の体積と表面積 ── 底面積×高さ

立体の大きさを測る2つの量:体積(中身)表面積(外側)。柱体(角柱・円柱)の場合は、底面積×高さという1つの公式で体積が計算できます。シンプルですがすべての柱体に通用する強力な公式です。

柱体の体積:底面積×高さ

公式
柱体の体積

体積 = 底面積 × 高さ

角柱・円柱共通。「底面を高さ分だけ積み重ねた」と考えるイメージ。

角柱の例

例1:底面が一辺 5cm の正方形、高さ 8cm の四角柱

底面積 = 5×5 = 25 cm²

体積 = 25×8 = 200 cm³

例2:底面が直角を挟む辺3cm,4cmの直角三角形、高さ10cmの三角柱

底面積(三角形)= 3×4÷2 = 6 cm²

体積 = 6×10 = 60 cm³

円柱の例

例3:底面の半径 4cm、高さ 7cm の円柱

底面積(円)= π × 4² = 16π cm²

体積 = 16π × 7 = 112π cm³

柱体の表面積:すべての面の合計

公式
柱体の表面積

表面積 = 底面積 × 2 + 側面積

底面が2つ(上下)と、側面の面積をすべて足す。

側面積の計算

  • 角柱:側面はいくつかの長方形(底面の各辺×高さ)。
    または、側面積 = 底面の周の長さ × 高さでまとめて計算可能。
  • 円柱:側面は1つの長方形。側面積 = 2πr × 高さ(底面の円周 × 高さ)。

計算例:角柱

例4:底面が3cm×4cmの長方形、高さ5cmの直方体(四角柱)

底面積 = 3×4 = 12 cm²

底面の周 = 2(3+4) = 14 cm

側面積 = 14×5 = 70 cm²

表面積 = 12×2 + 70 = 24 + 70 = 94 cm²

計算例:円柱

例5:底面の半径 3cm、高さ 8cm の円柱

底面積 = π × 9 = 9π cm²

側面積 = 2π × 3 × 8 = 48π cm² (円周 6π × 高さ 8)

表面積 = 9π × 2 + 48π = 18π + 48π = 66π cm²

円柱の表面積 = 底面積×2 + 側面積 底面 πr² ×2 + 側面積 2πr × 高さ 表面積 2πr² + 2πrh
図1:円柱の表面積
つまずきポイント
  • 底面積×2 を忘れない:上下に2つあるので2倍する。
  • 側面積の計算:「底面の周×高さ」で覚えると、角柱でも円柱でも使える。
  • π はそのまま残す:「16π cm²」のように、πを残した形で答える。
  • 単位の確認:体積は cm³(立方センチ)、面積は cm²(平方センチ)。

柱体は「同じ底面が積み上がる」

  • 角柱・円柱の体積は、底面積×高さ。高さは底面に垂直な距離。
  • 表面積は、底面2枚分と側面積を足す。
  • 円柱の側面は長方形に展開できる。横の長さは底面の円周2πr、高さは円柱の高さ。
  • 単位は、面積ならcm²、体積ならcm³のように次元をそろえる。
例:半径3cm、高さ5cmの円柱

体積は π×3²×5=45πcm³。側面積は 2π×3×5=30πcm²。

練習問題

問題1(角柱の体積)
底面が縦 4cm、横 6cm の長方形、高さ 10cm の直方体の体積を求めなさい。
答えを見る

底面積 = 4×6 = 24 cm²

体積 = 24×10 = 240 cm³

問題2(円柱)
底面の半径 5cm、高さ 12cm の円柱について求めなさい。
  1. 体積
  2. 表面積
答えを見る

(1) 底面積 = π×25 = 25π cm²、 体積 = 25π×12 = 300π cm³

(2) 側面積 = 2π×5×12 = 120π cm²、 表面積 = 25π×2 + 120π = 50π + 120π = 170π cm²

問題3(三角柱)
底面が直角を挟む辺 6cm、8cm の直角三角形、高さ 10cm の三角柱の体積を求めなさい。
答えを見る

底面積 = 6×8÷2 = 24 cm²

体積 = 24×10 = 240 cm³

まとめ

  • 柱体の体積:底面積 × 高さ。角柱・円柱共通。
  • 柱体の表面積:底面積 × 2 + 側面積
  • 側面積:底面の周 × 高さ(角柱)、2πr × 高さ(円柱)。
  • π は残したまま、単位は cm³ / cm² を使い分ける。