Lo que vas a aprender
Un prisma rectangular es el nombre matemático de una caja: una caja de cereal, una caja de envío, una pecera, un cuarto, una piscina, un cantero elevado de jardín. En esta lección vas a aprender a responder las dos preguntas que la gente se hace sobre las cajas:
- ¿Cuánto cabe adentro? Eso es el volumen, que se mide en unidades cúbicas (\text{in}^3, \text{ft}^3, \text{cm}^3).
- ¿Cuánto material cubre el exterior? Eso es el área superficial, que se mide en unidades cuadradas (\text{in}^2, \text{ft}^2).
También vas a aprender a trabajar hacia atrás: si conoces el volumen (o el área superficial) y dos de las dimensiones, puedes hallar la tercera.
Por qué es importante en el GED®: Las preguntas de volumen y área superficial aparecen en casi todos los exámenes de Matemáticas del GED®, por lo general como un problema verbal corto con un dibujo. Las fórmulas están impresas en la hoja de fórmulas, así que el examen en realidad comprueba si puedes elegir la fórmula correcta, sustituir los números correctos y no confundir las unidades. En la vida real usas las mismas destrezas para comprar la cantidad correcta de tierra, pintura, concreto o papel de regalo, o para ver si un sofá cabe en un camión de mudanza.
Palabras que debes conocer
- Prisma rectangular: una figura 3-D con 6 caras planas rectangulares, como una caja de zapatos.
- Cubo: un prisma rectangular cuyo largo, ancho y altura son todos iguales (un dado o un cubito de azúcar).
- Cara: un lado plano del prisma. Una caja tiene 6 caras que forman 3 pares iguales.
- Arista: una línea donde se juntan dos caras. Una caja tiene 12 aristas.
- Largo (l), ancho (w), altura (h): las tres dimensiones de la caja (por ejemplo, 8\text{ in} por 5\text{ in} por 3\text{ in}).
- Base (B): el área de la cara sobre la que "se apoya" la caja. Para una caja con largo l y ancho w abajo, B = lw (un fondo de 8 \times 5 tiene B = 40\text{ in}^2).
- Perímetro de la base (p): la distancia alrededor de la base: p = 2l + 2w (para 8 por 5: p = 26\text{ in}).
- Volumen (V): el espacio interior, contado en cubos unitarios (un cubo de 2 \times 2 \times 2 contiene 8 cubos unitarios).
- Área superficial (SA): el área total de las 6 caras, como si desdoblaras la caja y la dejaras plana.
- Área lateral: el área de las 4 caras de los lados solamente, sin la tapa ni el fondo (la etiqueta alrededor de una caja, o las paredes de un cuarto).
- Plantilla (net): el patrón plano que obtienes al desdoblar una caja.
- Unidades cúbicas: unidades de volumen: \text{in}^3, \text{ft}^3, \text{yd}^3, \text{cm}^3.
- Unidades cuadradas: unidades de área: \text{in}^2, \text{ft}^2, \text{m}^2.
Volumen: cuenta las capas de cubos
Imagina una caja de 4 unidades de largo, 3 unidades de ancho y 2 unidades de alto.
- La capa de abajo es un rectángulo de 4 \times 3 = 12 cubos unitarios. Ese número es el área de la base, B.
- La caja tiene 2 capas de alto, así que contiene 12 \times 2 = 24 cubos unitarios.
Esa es toda la idea del volumen:
V = Bh \qquad \text{(área de la base} \times \text{altura)}En un prisma rectangular la base es un rectángulo, así que B = lw y
V = lwhEjemplo: una caja de 8\text{ in} de largo, 5\text{ in} de ancho y 3\text{ in} de alto tiene V = 8 \times 5 \times 3 = 120\text{ in}^3.
No importa a qué cara llames base. La multiplicación se puede hacer en cualquier orden: 8 \times 5 \times 3 = 5 \times 3 \times 8 = 120. Siempre obtendrás el mismo volumen.
Cubos. Si cada arista mide s, entonces V = s \times s \times s = s^3. Un cubo con aristas de 5\text{ cm} tiene V = 5^3 = 125\text{ cm}^3 (no 15, y no 25).
Los decimales y las fracciones funcionan igual. Un cantero de 8\text{ ft} por 4\text{ ft} lleno hasta 1.5\text{ ft} de profundidad contiene 8 \times 4 \times 1.5 = 48\text{ ft}^3 de tierra. Una caja de \tfrac{1}{2}\text{ ft} por 2\text{ ft} por 3\text{ ft} tiene V = \tfrac{1}{2} \times 2 \times 3 = 3\text{ ft}^3.
Las unidades deben coincidir. Antes de multiplicar, las tres medidas deben estar en la misma unidad. Una losa de 10\text{ ft} por 12\text{ ft} y 6\text{ in} de grosor: primero cambia 6\text{ in} a 0.5\text{ ft}, así que V = 10 \times 12 \times 0.5 = 60\text{ ft}^3.
El volumen crece rápido. Si duplicas todas las dimensiones de una caja, el volumen se multiplica por 2 \times 2 \times 2 = 8. Una caja de 3 \times 4 \times 5 (60 unidades cúbicas) se convierte en una de 6 \times 8 \times 10 (480 unidades cúbicas).
Área superficial: suma las seis caras
El área superficial es la cantidad de cartón, pintura o papel de regalo que se necesita para cubrir el exterior de la caja. Si desdoblas la caja, obtienes una plantilla de seis rectángulos que forman tres pares iguales:
| Par de caras | Tamaño de cada cara | Área del par |
|---|---|---|
| tapa y fondo | l \times w | 2lw |
| frente y parte de atrás | l \times h | 2lh |
| izquierda y derecha | w \times h | 2wh |
Entonces, una forma de escribirla es SA = 2lw + 2lh + 2wh.
La hoja de fórmulas del GED® trae esa versión para prismas rectangulares, y también una segunda forma que sirve para todos los prismas rectos:
SA = ph + 2B- ph es el área lateral: los cuatro lados se desenrollan en un solo rectángulo largo cuyo ancho es el perímetro de la base, p, y cuya altura es h.
- 2B es la tapa más el fondo.
Ejemplo: la caja de 6 \times 4 \times 3 de la plantilla de arriba. Base B = 6 \times 4 = 24. Perímetro p = 2(6) + 2(4) = 20. Altura h = 3.
SA = ph + 2B = 20(3) + 2(24) = 60 + 48 = 108\text{ unidades cuadradas}Comprueba con los pares: 2(24) + 2(18) + 2(12) = 48 + 36 + 24 = 108. La misma respuesta.
Atajo para el cubo: un cubo tiene 6 caras cuadradas idénticas, así que SA = 6s^2. Un cubo con aristas de 5\text{ cm} tiene SA = 6 \times 25 = 150\text{ cm}^2.
Lee qué se va a cubrir. Los objetos reales no siempre son cajas cerradas:
- Una caja sin tapa o una piscina: solo una base, SA = ph + B.
- Las paredes de un cuarto: solo el área lateral, ph. Paredes más techo: ph + B.
- Una etiqueta que envuelve solo los lados: ph.
Trabajar hacia atrás: hallar una dimensión que falta
En el GED® a menudo te dan el volumen o el área superficial y te piden un lado. Escribe la fórmula, sustituye todo lo que sabes y resuelve la ecuación.
A partir del volumen. V = lwh. Si conoces V, l y w:
h = \frac{V}{lw}Ejemplo: una bodega de almacenamiento tiene capacidad para 960\text{ ft}^3 y su piso mide 12\text{ ft} por 10\text{ ft}. El área del piso es 120\text{ ft}^2, así que h = 960 \div 120 = 8\text{ ft}.
Cubo a partir del volumen. Si un cubo tiene V = 343\text{ in}^3, entonces s^3 = 343, así que s = \sqrt[3]{343} = 7\text{ in} (comprobación: 7 \times 7 \times 7 = 343).
A partir del área superficial. Usa SA = ph + 2B, resta las dos bases y luego divide entre el perímetro.
Ejemplo: una caja cerrada con base cuadrada de 6\text{ in} por lado tiene SA = 192\text{ in}^2. Entonces B = 36, 2B = 72, p = 24:
Siempre comprueba poniendo tu respuesta de nuevo en la fórmula original: 24(5) + 72 = 192 ✓.
Las fórmulas (en la hoja de fórmulas del GED®)
Estas aparecen en la hoja de fórmulas del GED® bajo prisma recto (right prism):
V = Bh \qquad\qquad SA = ph + 2B- B = área de la base. Para un rectángulo, B = lw (la fórmula del área del rectángulo A = lw también está en la hoja).
- h = altura del prisma (la arista que no forma parte de la base).
- p = perímetro de la base, p = 2l + 2w (también está en la hoja).
La hoja también trae las versiones solo para cajas bajo prisma rectangular (rectangular prism):
V = lwh \qquad SA = 2lw + 2lh + 2whAtajos que debes memorizar (no están impresos, pero salen directamente de las fórmulas de arriba):
\text{cubo: } V = s^3,\; SA = 6s^2No están en la hoja: las conversiones de unidades. Debes saber que 12\text{ in} = 1\text{ ft} y 3\text{ ft} = 1\text{ yd}, así que 1\text{ yd}^3 = 27\text{ ft}^3 y 1\text{ ft}^3 = 1{,}728\text{ in}^3. Cualquier conversión a galones te la darán en la pregunta.
Ejemplo 1 (básico): volumen de una caja
Un joyero mide 9\text{ in} de largo, 4\text{ in} de ancho y 2\text{ in} de alto. ¿Cuál es su volumen?
- Área de la base: B = lw = 9 \times 4 = 36\text{ in}^2.
- Multiplica por la altura: V = Bh = 36 \times 2 = 72.
Respuesta: 72\text{ in}^3
Comprobación: 72 \div (9 \times 4) = 72 \div 36 = 2, la altura con la que empezamos ✓.
Ejemplo 2: área superficial de una caja de cereal
Una caja de cereal mide 8\text{ in} de ancho, 3\text{ in} de fondo y 12\text{ in} de alto. ¿Cuánto cartón cubre el exterior?
- La caja se apoya sobre una base de 8 \times 3: B = 8 \times 3 = 24\text{ in}^2.
- Perímetro de la base: p = 2(8) + 2(3) = 16 + 6 = 22\text{ in}.
- Área lateral: ph = 22 \times 12 = 264\text{ in}^2.
- Dos bases: 2B = 2 \times 24 = 48\text{ in}^2.
- SA = 264 + 48 = 312.
Respuesta: 312\text{ in}^2
Comprobación: pares de caras: 2(8 \cdot 3) + 2(8 \cdot 12) + 2(3 \cdot 12) = 48 + 192 + 72 = 312 ✓.
Ejemplo 3 (vida real): pedir concreto
Una losa para un patio va a medir 20\text{ ft} de largo, 10\text{ ft} de ancho y 6\text{ in} de grosor. El concreto se vende por yarda cúbica (1\text{ yd}^3 = 27\text{ ft}^3), solo en yardas cúbicas enteras. ¿Cuántas yardas cúbicas se deben pedir?
- Haz que las unidades coincidan: 6\text{ in} = 6 \div 12 = 0.5\text{ ft}.
- Volumen en pies cúbicos: V = 20 \times 10 \times 0.5 = 100\text{ ft}^3.
- Convierte a yardas cúbicas: 100 \div 27 \approx 3.70\text{ yd}^3.
- El concreto viene en yardas enteras y 3 no alcanzarían, así que redondea hacia arriba.
Respuesta: pide 4 yardas cúbicas.
Comprobación: 4 \times 27 = 108\text{ ft}^3 \ge 100\text{ ft}^3 ✓, pero 3 \times 27 = 81 < 100, así que 3 yardas no alcanzarían.
Ejemplo 4 (hacia atrás): altura que falta
Una caja de envío tiene un volumen de 1{,}152\text{ in}^3. Mide 16\text{ in} de largo y 9\text{ in} de ancho. ¿Qué altura tiene?
- Escribe la fórmula: V = lwh.
- Sustituye: 1{,}152 = 16 \times 9 \times h = 144h.
- Divide ambos lados entre 144: h = 1{,}152 \div 144 = 8.
Respuesta: 8\text{ in}
Comprobación: 16 \times 9 \times 8 = 144 \times 8 = 1{,}152 ✓.
Ejemplo 5 (nivel GED® difícil): altura a partir del área superficial
Una caja de regalo cerrada tiene una base cuadrada de 5\text{ cm} por lado. Se necesitan exactamente 210\text{ cm}^2 de papel para cubrirla sin que el papel se superponga. ¿Cuál es la altura de la caja?
- Área de la base: B = 5 \times 5 = 25\text{ cm}^2, así que 2B = 50\text{ cm}^2.
- Perímetro de la base: p = 4 \times 5 = 20\text{ cm}.
- Usa SA = ph + 2B: 210 = 20h + 50.
- Resta 50: 20h = 160.
- Divide entre 20: h = 8.
Respuesta: 8\text{ cm}
Comprobación: 2(5 \cdot 5) + 2(5 \cdot 8) + 2(5 \cdot 8) = 50 + 80 + 80 = 210 ✓.
En la TI-30XS MultiView
- Volumen: solo multiplica:
8×5×3enter→120. - El cubo de un número: usa la tecla
^:5^3enter→125. (La teclax²solo eleva al cuadrado, lo que da 25, el área de una cara.) - Raíz cúbica (el lado de un cubo a partir de su volumen): escribe el índice
3, luego2nd^(\sqrt[n]{\;}), luego343,enter→7. - Área superficial en una sola línea: usa paréntesis:
2×(8×3+8×12+3×12)enter→312. - Fracciones: la tecla
n/dintroduce una fracción como \tfrac{1}{2}; la teclatogglecambia la respuesta entre fracción y decimal.
Cuándo no vale la pena: las cajas pequeñas con números enteros (2 \times 3 \times 4) se calculan más rápido mentalmente. Usa la calculadora para decimales, números grandes y conversiones de unidades como \div 27 o \div 1{,}728.
Errores comunes
- Sumar en vez de multiplicar. ✗ 8 + 5 + 3 = 16. ✓ El volumen multiplica: 8 \times 5 \times 3 = 120.
- Confundir volumen y área superficial. El volumen (llenar, contener, caber, unidades cúbicas) es lwh. El área superficial (cubrir, pintar, envolver, unidades cuadradas) es ph + 2B. Lee el verbo de la pregunta.
- Olvidar multiplicar por 2. ✗ lw + lh + wh cuenta solo 3 de las 6 caras. ✓ Cada cara tiene una gemela: 2lw + 2lh + 2wh.
- Cubrir caras que no existen. Una piscina no tiene tapa; las paredes de un cuarto no tienen piso ni techo. ✗ Usar la fórmula completa ph + 2B. ✓ Incluye solo las caras que describe el problema.
- Unidades que no coinciden. ✗ 10\text{ ft} \times 12\text{ ft} \times 6\text{ in} = 720. ✓ Primero cambia 6\text{ in} a 0.5\text{ ft}: 60\text{ ft}^3.
- Confusión con los cubos. ✗ 5^3 = 15 o 5^3 = 25. ✓ 5^3 = 5 \times 5 \times 5 = 125.
Estrategia para el examen GED®
- Lee la pregunta dos veces. Subraya lo que se pide: ¿volumen (llenar, contener, capacidad) o área superficial (cubrir, pintar, envolver, material)? ¿La caja está abierta o cerrada?
- Escribe primero la fórmula y luego sustituye. Copiar V = Bh o SA = ph + 2B de la hoja de fórmulas evita que las confundas.
- Revisa las unidades de las opciones de respuesta. Si las opciones están en \text{ft}^3 pero una medida está en pulgadas, convierte primero.
- Usa las respuestas incorrectas como pistas. Los distractores del GED® vienen de errores comunes. Si ves 120 y 158, uno es el volumen y el otro el área superficial de la misma caja. Asegúrate de elegir el que pide la pregunta.
- Estima. 11.8 \times 6.1 \times 3.9 \approx 12 \times 6 \times 4 = 288. Elige la respuesta cercana a ese valor.
- Preguntas de trabajar hacia atrás: sustituye cada opción de respuesta en la fórmula y fíjate cuál da el volumen indicado. Muchas veces es más rápido que resolver.
- Redondea hacia arriba en compras reales. Si necesitas 3.7 bolsas o 1.67 galones, debes comprar 4 bolsas o 2 galones.
Compruébalo
What is the volume of the box shown?
Pista
Volume of a rectangular prism: V = Bh, where B is the area of the base.
Solución paso a paso
- Area of the base (the 8 \times 5 bottom): B = 8 \times 5 = 40\text{ in}^2.
- Multiply by the height: V = Bh = 40 \times 3 = 120.
- Volume is measured in cubic units, so the volume is 120\text{ in}^3.
Check: 120 \div (8 \times 5) = 120 \div 40 = 3, which is the height ✓.
Tip: Volume always multiplies all three dimensions. If you see an answer that adds them, or one that is much bigger because it counts faces, it is a trap.
Explicación
- Área de la base (el fondo de 8 \times 5): B = 8 \times 5 = 40\text{ in}^2.
- Multiplica por la altura: V = Bh = 40 \times 3 = 120.
- El volumen se mide en unidades cúbicas, así que el volumen es 120\text{ in}^3.
Comprobación: 120 \div (8 \times 5) = 120 \div 40 = 3, que es la altura ✓.
Consejo: El volumen siempre multiplica las tres dimensiones. Si ves una respuesta que las suma, o una mucho más grande porque cuenta las caras, es una trampa.
Ver en español
Pregunta
¿Cuál es el volumen de la caja que se muestra?
Opciones
Pista
Volumen de un prisma rectangular: V = Bh, donde B es el área de la base.
Compruébalo
A closed gift box has the dimensions shown.
How many square inches of wrapping paper are needed to cover the box exactly, with no overlap?
\text{in}^2
Escribe tu respuesta en el recuadro. Puedes usar fracciones como 3/4.
Pista
Wrapping paper covers all 6 faces. Use SA = ph + 2B (formula sheet), where p is the perimeter of the base.
Solución paso a paso
- Base (bottom) is 10 \times 6: B = 60\text{ in}^2.
- Perimeter of the base: p = 2(10) + 2(6) = 32\text{ in}.
- Lateral area (the 4 sides): ph = 32 \times 4 = 128\text{ in}^2.
- Top and bottom: 2B = 2 \times 60 = 120\text{ in}^2.
- SA = 128 + 120 = 248.
The box needs 248\text{ in}^2 of paper.
Check: face pairs: 2(10 \cdot 6) + 2(10 \cdot 4) + 2(6 \cdot 4) = 120 + 80 + 48 = 248 ✓.
Tip: If you got 124, you counted each face once. Every face of a box has a matching twin, so the total is always doubled.
Explicación
- La base (el fondo) mide 10 \times 6: B = 60\text{ in}^2.
- Perímetro de la base: p = 2(10) + 2(6) = 32\text{ in}.
- Área lateral (los 4 lados): ph = 32 \times 4 = 128\text{ in}^2.
- Tapa y fondo: 2B = 2 \times 60 = 120\text{ in}^2.
- SA = 128 + 120 = 248.
La caja necesita 248\text{ in}^2 de papel.
Comprobación: pares de caras: 2(10 \cdot 6) + 2(10 \cdot 4) + 2(6 \cdot 4) = 120 + 80 + 48 = 248 ✓.
Consejo: Si obtuviste 124, contaste cada cara una sola vez. Cada cara de una caja tiene una gemela, así que el total siempre se duplica.
Ver en español
Pregunta
Una caja de regalo cerrada tiene las dimensiones que se muestran.
¿Cuántas pulgadas cuadradas de papel de regalo se necesitan para cubrir la caja exactamente, sin que el papel se superponga?
_____ \text{in}^2
Pista
El papel de regalo cubre las 6 caras. Usa SA = ph + 2B (hoja de fórmulas), donde p es el perímetro de la base.
Resumen
- Volumen = espacio interior: V = Bh = lwh, en unidades cúbicas. Un cubo: V = s^3.
- Área superficial = área total de las 6 caras: SA = ph + 2B = 2lw + 2lh + 2wh, en unidades cuadradas. Un cubo: SA = 6s^2.
- V = lwh, SA = 2lw + 2lh + 2wh, V = Bh y SA = ph + 2B están todas en la hoja de fórmulas del GED®; debes saber qué significan B, p y h.
- Haz que todas las unidades coincidan antes de calcular; las cajas abiertas y las paredes usan menos caras.
- Para hallar una dimensión que falta, sustituye lo que sabes y resuelve: h = \dfrac{V}{lw}, o h = \dfrac{SA - 2B}{p}.