Задание 3
тема 7 из 15

Конус

Высота hh, радиус основания rr и образующая ll конуса — стороны прямоугольного треугольника: l2=r2+h2l^2 = r^2 + h^2. Объём конуса — треть объёма цилиндра с тем же основанием и высотой: V=13πr2hV = \frac13 \pi r^2 h. Плоскость, параллельная основанию, отсекает у вершины подобный конус: если его высота равна kk от высоты, объём равен k3k^3 от объёма.

Часто в задании3На карте навыков

Конус — треть цилиндра и прямоугольный треугольник

Конус с радиусом основания rr, высотой hh и образующей ll: объём V=13πr2hV = \frac13 \pi r^2 h, площадь боковой поверхности Sбок=πrlS_{\text{бок}} = \pi r l.

  • Высота, радиус и образующая — стороны прямоугольного треугольника с гипотенузой ll: l2=r2+h2l^2 = r^2 + h^2.
  • Осевое сечение — равнобедренный треугольник с основанием 2r2r, боковыми сторонами ll и высотой hh.
  • Полная поверхность — основание и боковая поверхность: Sполн=πr2+πrlS_{\text{полн}} = \pi r^2 + \pi r l.
  • Радиус больше в kk раз — объём больше в k2k^2 раз. Высота больше в kk раз — объём больше в kk раз (меняется один размер).
  • Сечение, параллельное основанию, отсекает подобный конус с коэффициентом kk — отношением высот от вершины. Его поверхность равна k2k^2, а объём — k3k^3 от поверхности и объёма всего конуса (часть у основания).
lhrSABO
Вершина SS, центр основания OO. Треугольник SOBSOB прямоугольный.

Образующая по теореме Пифагора

Высота конуса перпендикулярна основанию. Поэтому высота hh, радиус rr и образующая ll — стороны прямоугольного треугольника с гипотенузой ll: l2=r2+h2l^2 = r^2 + h^2 (теорема Пифагора).

Если дан диаметр, сначала разделите его пополам. Если спрашивают диаметр, найдите радиус r=l2−h2r = \sqrt{l^2 - h^2} и умножьте на 2.

Пример

Высота конуса равна 12, а диаметр основания равен 10. Найдите образующую конуса.

l125SABO
Радиус — половина диаметра: OB=5OB = 5. Образующая SBSB — гипотенуза.
  1. 1.r=10:2=5r = 10 : 2 = 5.
  2. 2.l2=52+122=25+144=169l^2 = 5^2 + 12^2 = 25 + 144 = 169, l=13l = 13.

Ответ: 1313

Осевое сечение и угол наклона образующей

Осевое сечение — равнобедренный треугольник SABSAB: основание AB=2rAB = 2r, боковые стороны SA=SB=lSA = SB = l, высота SO=hSO = h. Угол между образующей и плоскостью основания — угол SAOSAO при основании этого треугольника.

В прямоугольном треугольнике SOASOA с углом α\alpha при вершине AA: h=lsin⁡αh = l \sin\alpha, r=lcos⁡αr = l \cos\alpha (синус и косинус острого угла). Значения для 30∘30^\circ, 45∘45^\circ, 60∘60^\circ — в таблице.

Пример

Образующая конуса равна 4 и наклонена к плоскости основания под углом 30∘30^\circ. Найдите объём конуса, делённый на π\pi.

430°SABO
Осевое сечение SABSAB: угол SAOSAO — угол наклона образующей.
  1. 1.h=4sin⁡30∘=4⋅12=2h = 4 \sin 30^\circ = 4 \cdot \frac12 = 2.
  2. 2.r=4cos⁡30∘=4⋅32=23r = 4 \cos 30^\circ = 4 \cdot \frac{\sqrt3}{2} = 2\sqrt3, поэтому r2=12r^2 = 12.
  3. 3.V=13π⋅12⋅2=8πV = \frac13 \pi \cdot 12 \cdot 2 = 8\pi, Vπ=8\frac{V}{\pi} = 8.

Ответ: 88

Объём конуса

V=13πr2hV = \frac13 \pi r^2 h — треть объёма цилиндра с тем же основанием и той же высотой. Если дана образующая, сначала найдите недостающий радиус или высоту по теореме Пифагора.

Радиус входит в формулу в квадрате, высота — в первой степени. Во сколько раз меняется объём, когда меняют один размер, — в подобных телах.

Пример

Радиус основания конуса равен 3, а образующая равна 5. Найдите объём конуса, делённый на π\pi.

5h3SABO
Высоту SOSO найдите из треугольника SOBSOB.
  1. 1.h2=l2−r2=25−9=16h^2 = l^2 - r^2 = 25 - 9 = 16, h=4h = 4.
  2. 2.V=13π⋅32⋅4=12πV = \frac13 \pi \cdot 3^2 \cdot 4 = 12\pi.
  3. 3.Vπ=12\frac{V}{\pi} = 12.

Ответ: 1212

Жидкость в конусе

В сосуде вершиной вниз жидкость заполняет малый конус с той же вершиной. Он подобен всему сосуду. Если уровень равен kk от высоты, радиус поверхности жидкости тоже равен kk от радиуса, а объём жидкости — k3k^3 от объёма сосуда (подобные тела).

Уровень меряют от вершины. Вопрос «сколько долить» — разность объёма сосуда и объёма жидкости.

Пример

В сосуде, имеющем форму конуса, уровень жидкости достигает 12\frac12 высоты. Объём жидкости равен 5 мл. Сколько миллилитров жидкости нужно долить, чтобы полностью наполнить сосуд?

S
Жидкость — малый конус с той же вершиной SS, k=12k = \frac12.
  1. 1.Жидкость — конус, подобный сосуду, с коэффициентом k=12k = \frac12.
  2. 2.Объём сосуда больше в 23=82^3 = 8 раз: 5⋅8=405 \cdot 8 = 40 мл.
  3. 3.Долить нужно 40−5=3540 - 5 = 35 мл.

Ответ: 3535

Уровень и объём жидкости в конусе

Vж=k3⋅VV_{\text{ж}} = k^3 \cdot V
hkh
k=hжh=612=12k = \frac{h_{\text{ж}}}{h} = \frac{6}{12} = \frac{1}{2}
Vж=k3⋅V=(12)3⋅V=18 VV_{\text{ж}} = k^3 \cdot V = \left(\frac{1}{2}\right)^3 \cdot V = \frac{1}{8}\,V
V−Vж=78 VV - V_{\text{ж}} = \frac{7}{8}\,V
Уровень — 12\frac{1}{2} высоты, а жидкость занимает только 18\frac{1}{8} объёма сосуда: широкая часть сверху пустая.
Жидкость в коническом сосуде — малый конус, подобный сосуду. Его объём равен k3k^3 от объёма сосуда. Двигайте ползунок уровня.

Проверьте себя

00

Потренируйте навык

Все задания на этот навык

Решать