기하학 튜토리얼

모든 3D 도형의 표면적 및 부피 공식

작성 게시일 May 8, 2026

표준 기하학의 모든 3D 입체 — 큐브, 직육면체 (상자), 원기둥, 구, 원뿔, 사각 피라미드 — 는 한 줄 부피 공식과 한 줄 표면적 공식을 가집니다. 이를 외우면 학교 3D 문제의 95%를 다룰 수 있습니다. 이 가이드는 예제 풀이와 함께 모든 공식을 한 곳에 모았습니다.

빠른 참조 표

입체부피 (V)표면적 (SA)
큐브 (변 s)6s²
직육면체 (l, w, h)l × w × h2(lw + lh + wh)
원기둥 (r, h)πr²h2πr² + 2πrh
구 (r)(4/3)πr³4πr²
원뿔 (r, h)(1/3)πr²hπr² + πrl, 여기서 l = √(r² + h²)
사각 피라미드 (b, h)(1/3)b²hb² + 2b · slant_height
삼각 프리즘 (B, h)B × h (B = 삼각형 면적)2B + 둘레 × h

큐브

가장 간단한 3D 도형 — 모든 12개의 변이 같고, 6개의 정사각형 면이 있습니다.

  • 부피: V = s³  (변의 세제곱)
  • 표면적: SA = 6 × s²  (6개의 면, 각 s × s)
  • 공간 대각선: d = s√3  (큐브의 3D 피타고라스 정리)

예제: 변이 4 cm인 큐브: V = 64 cm³, SA = 96 cm², 대각선 = 4√3 ≈ 6.93 cm.

직육면체 (상자)

길이 l, 너비 w, 높이 h. 실생활에서 가장 흔한 3D 입체 (방, 상자, 수영장).

  • 부피: V = l × w × h
  • 표면적: SA = 2(lw + lh + wh)  (3쌍의 대향 면)
  • 공간 대각선: d = √(l² + w² + h²)

예제: 8 × 5 × 3 상자: V = 120, SA = 2(40 + 24 + 15) = 158, d = √(64+25+9) = √98 ≈ 9.90.

원기둥

두 개의 원형 밑면 (반지름 r)이 곡선 측면으로 연결된, 높이 h.

  • 부피: V = π × r² × h  (밑면적 × 높이)
  • 측면적: LSA = 2πrh  (펼친 직사각형: 너비 = 둘레, 높이 = h)
  • 총 표면적: SA = 2πr² + 2πrh = 2πr(r + h)

예제: 원기둥 r = 3, h = 10: V = π × 9 × 10 = 90π ≈ 282.74, SA = 2π × 9 + 2π × 30 = 78π ≈ 245.04.

가장 간단한 3D 도형 — 반지름만으로 정의됩니다. 부피와 표면적 모두 r에만 의존합니다.

  • 부피: V = (4/3) × π × r³
  • 표면적: SA = 4 × π × r²  (4개의 대원에 해당)

예제: 지름 24 cm인 농구공은 r = 12. V = (4/3)π × 1728 = 2304π ≈ 7238 cm³, SA = 4π × 144 = 576π ≈ 1810 cm².

원뿔

한 개의 원형 밑면 (반지름 r)이 한 점으로 좁아지는, 높이 h. 표면적이 수직 높이가 아닌 사선 높이를 사용하므로 가장 까다로운 부분입니다.

  • 부피: V = (1/3) × π × r² × h  (동일한 원기둥의 정확히 1/3)
  • 사선 높이: l = √(r² + h²)  (피타고라스 — 테두리에서 꼭짓점까지 표면을 따라 연결)
  • 측면적: LSA = π × r × l
  • 총 표면적: SA = πr² + πrl = πr(r + l)

예제: 원뿔 r = 6, h = 8. 사선 l = √(36 + 64) = √100 = 10. V = (1/3)π × 36 × 8 = 96π ≈ 301.59, SA = π × 6 × (6 + 10) = 96π ≈ 301.59 cm².

사각 피라미드

사각형 밑면 (변 b)이 한 점으로 좁아지는, 수직 높이 h.

  • 부피: V = (1/3) × b² × h
  • 사선 높이 (면): l = √(h² + (b/2)²)
  • 표면적: SA = b² + 4 × (½ × b × l) = b² + 2bl

원뿔의 부피가 원기둥의 (1/3)인 이유?

기하학의 멋진 사실 중 하나: 동일한 밑면과 높이를 가진 원뿔과 원기둥 — 원뿔의 부피는 원기둥의 정확히 1/3입니다. 물로 실험하여 확인할 수 있습니다: 원뿔 모양 용기를 채운 후 동일한 치수의 원기둥에 붓기 — 정확히 3번의 원뿔 양이 필요합니다. 동일한 밑면 + 높이를 가진 피라미드 대 프리즘에도 적용됩니다.

구의 부피가 (4/3)πr³인 이유?

두 가지 유도 방법: (1) 디스크 조각의 미적분 적분, (2) 원뿔이 제거된 원기둥과의 카발리에리 원리 비교. "(4/3)"은 −r에서 r까지 평가된 ∫(πr² − πx²) dx 적분에서 나옵니다.

실생활 적용

  • 수영장 부피: 직육면체 공식 → l × w × 평균 깊이
  • 탱크 용량: 원기둥 부피 → πr²h
  • 아이스크림 콘: 콘 부분은 원뿔, 위의 스쿱은 반구
  • 포장 상자 표면적: 2(lw + lh + wh)은 필요한 총 판지 양
  • 구 칠하기 (예: 지구본): 4πr²은 정확한 페인트 도포 면적
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