Задание 3 проверяет базовые знания стереометрии. Тема «Конус» встречается здесь не так часто, как прямоугольный параллелепипед, но требует чёткого знания формул и умения связывать элементы фигуры через прямоугольный треугольник. Часто конус комбинируют с другими телами: цилиндром или шаром.
Обычно для решения достаточно знать связь между элементами конуса и пару формул площадей и объёмов. Коэффициент 31 в объёме и связь образующей с высотой и радиусом по теореме Пифагора - главный набор, который нужен в этом задании.
Суть темы и базовые понятия
Прямой круговой конус получается, если взять прямоугольный треугольник и начать вращать его вокруг одного из катетов. Тот катет, вокруг которого идёт вращение, становится высотой конуса, второй катет - радиусом основания, а гипотенуза - образующей.
У конуса три главных линейных элемента:
R - радиус основания (радиус круга в основании);
h - высота (перпендикуляр из вершины в центр основания);
l - образующая (отрезок от вершины до любой точки окружности основания).
Ключевой факт: высота, радиус основания и образующая всегда образуют прямоугольный треугольник, причём образующая в нём - гипотенуза. Поэтому они связаны теоремой Пифагора.
Основные формулы
Эти три формулы покрывают подавляющее большинство задач по теме. Запомни их наизусть и следи за тем, где стоит R, а где l.
Связь с цилиндром
Если цилиндр и конус имеют общее основание и равны по высоте, то объём цилиндра ровно в 3 раза больше объёма конуса:
Vцил=πR2h,Vкон=31πR2h⟹Vцил=3Vкон
Этим фактом удобно пользоваться в задачах вида «цилиндр и конус имеют общие основание и высоту, объём цилиндра равен 30, найди объём конуса» - не нужно ничего вычислять, просто раздели на 3.
Площади боковых поверхностей таких фигур связаны похоже, но через образующую. Для цилиндра Sбок.цил=2πRh, а для конуса Sбок.кон=πRl=πRR2+h2. Эту связь разбираем в примере 2.
Алгоритм решения
Примеры решения
Три задачи от простой на одну формулу до комбинации тел с применением теоремы Пифагора.
Пример 1. Изменение размеров
Условие:
Во сколько раз увеличится объём конуса, если радиус его основания увеличить в 4 раза, а высоту уменьшить в 2 раза?
Решение:
Запиши формулу исходного объёма:
V1=31πR2h
У нового конуса радиус равен 4R, а высота равна 2h. Обязательно бери новое значение радиуса в скобки целиком - возводится в квадрат весь множитель:
V2=31π(4R)2⋅2h
Раскрой скобки и вынеси исходный объём за скобку:
V2=31π⋅16R2⋅2h=216⋅(31πR2h)=8⋅V1
Новый объём больше старого в 8 раз.
Ответ: 8
Пример 2. Цилиндр и конус с общим основанием
Условие:
Цилиндр и конус имеют общее основание и высоту. Высота цилиндра равна радиусу его основания. Площадь боковой поверхности конуса равна 52. Найди площадь боковой поверхности цилиндра.
Находим образующую конуса
По условию высота равна радиусу основания: h=R.
Найди образующую конуса по теореме Пифагора:
l=R2+h2=R2+R2=R2
Выражаем блок πR2
Запиши площадь боковой поверхности конуса и приравняй к данному значению:
Sбок.кон=πRl=πR⋅R2=πR22
πR22=52⟹πR2=5
Блок πR2 уже найден - сам радиус R находить не нужно.
Считаем боковую поверхность цилиндра
Запиши площадь боковой поверхности цилиндра и подставь h=R:
Sбок.цил=2πRh=2πR⋅R=2πR2
Используй найденный блок πR2=5:
Sбок.цил=2⋅5=10
Ответ: 10
Пример 3. Конус и описанная сфера
Условие:
Около конуса описана сфера (сфера проходит через окружность основания конуса и через его вершину). Центр сферы находится в центре основания конуса. Радиус сферы равен 72. Найди образующую конуса.
Разбираемся с конфигурацией
Разбери, где какие точки лежат на сфере. По условию центр сферы O совпадает с центром основания конуса, а на сфере лежат вершина конуса и вся окружность основания.
Находим высоту и радиус основания
Вершина конуса S лежит на сфере, значит, отрезок OS - радиус сферы. Но OS по построению - это высота конуса:
h=OS=Rсф=72
Любая точка A окружности основания лежит на сфере, значит, OA - тоже радиус сферы. Но OA по построению - это радиус основания конуса:
R=OA=Rсф=72
Применяем теорему Пифагора
Высота и радиус основания равны. Применяй теорему Пифагора к прямоугольному треугольнику с катетами h и R:
l=h2+R2=(72)2+(72)2
l=98+98=196=14
Ответ: 14
Частые ошибки
Что запомнить
R, h, l - это прямоугольный треугольник. Знаешь два элемента - находи третий по теореме Пифагора.
Коэффициент 31 в объёме конуса обязателен. Цилиндр и конус с общими основанием и высотой: Vцил=3Vкон.
В боковой поверхности Sбок=πRl стоит образующая, в объёме V=31πR2h - высота. Не путай.
В площади основания входит R2, а в объём R2h - при изменении R в k раз площадь основания умножается на k2, объём (если h не меняется) - тоже на k2.
«Осевое сечение конуса» - это равнобедренный треугольник с боковыми сторонами l и основанием 2R.
Стратегия на экзамене
Проверь себя
Как связаны образующая l, высота h и радиус основания R конуса?
Чему равен объём конуса с радиусом основания R и высотой h?
Цилиндр и конус имеют общие основание и высоту. Объём цилиндра равен 30. Чему равен объём конуса?
Радиус основания конуса увеличили в 4 раза, а высоту уменьшили в 2 раза. Во сколько раз увеличился объём?