Задача к ЕГЭ на тему «Нахождение объема или площади поверхности» №2

Образующая усеченного конуса составляет с плоскостью нижнего основания угол ϕ  . Диагональ его осевого сечения перпендикулярна образующей конуса. Сумма длин окружностей оснований равна 2πm  .

 

а) Найдите площадь боковой поверхности усеченного конуса.

 

б) Вычислите эту площадь, если       √ -- m =  3  2  , ϕ = arccos 1            5   .

а)

1) Достроим усеченный конус до целого конуса. Тогда EH  – высота, ED  – образующая всего конуса; CD  – образующая усеченного конуса, ABCD  – осевое сечение усеченного конуса, AC  – диагональ этого сечения, которая перпендикулярна CD  .
∠EDH    =  ϕ  – угол между образующей и плоскостью нижнего основания.
 
PIC

 

Обозначим за R  и r  – радиусы нижнего и верхнего оснований усеченного конуса соответственно. Тогда из условия сумма длин окружностей оснований равна

2πm  = 2πr +  2πR    ⇒    R + r = m

2) Для того, чтобы найти площадь боковой поверхности усеченного конуса, нужно из площади боковой поверхности всего конуса вычесть площадь боковой поверхности маленького конуса:

S =  πR ⋅ ED  − πr ⋅ EC =  π(R ⋅ ED −  r ⋅ EC )

Заметим, что △EKC  и △EHD  – прямоугольные, следовательно,

        KC--   HD--               KC---   --r--              -HD--   --R-- cosϕ =  EC  =  ED     ⇒    EC  =  cosϕ  = cosϕ    и   ED   = cos ϕ = cos ϕ

Значит, площадь боковой поверхности уже приобретает вид:

      (  R2       r2 )      π                       π S =  π  ----- − -----  =  -----⋅ (R  − r)(R + r) = ----- ⋅ m ⋅ (R − r)         cos ϕ   cos ϕ     cosϕ                    cos ϕ

Необходимо найти R  − r  .

 

3) Т.к. AC  ⊥ CD  , то △ACD  – прямоугольный, следовательно,

        CD cosϕ =  AD--  ⇒     CD  = AD  ⋅ cos ϕ = 2R ⋅ cosϕ

Из данных второго пункта мы можем сказать, что

                      R       r     R −  r CD  =  ED  − EC  =  cosϕ-−  cosϕ- = -cosϕ-

Таким образом, имеем:

2R ⋅ cosϕ = R--−-r   ⇒    R (1 − 2cos2 ϕ) = r   ⇔    r = − R ⋅ cos 2ϕ              cosϕ

Но R +  r = m  , следовательно, R − R ⋅ cos2ϕ = m  , следовательно,

R =  ---m------      1 − cos 2ϕ

Подставляя это значение для R  в r = − R ⋅ cos2ϕ  , находим, что

    m--⋅ cos2ϕ- r = cos 2ϕ − 1

Таким образом,

         m (1 + cos 2ϕ) R − r =  --------------           1 − cos 2ϕ

4) Значит, площадь боковой поверхности равна

     -π---     m-(1-+-cos2ϕ-)      2  ---1-+-2cos2-ϕ-−-1----      2 -cosϕ- S =  cosϕ ⋅ m ⋅  1 − cos2ϕ   =  πm   ⋅cosϕ (1 − 1 + 2 sin2 ϕ) = πm  ⋅sin2ϕ

б) Подставляя значения из условия и помня, что sin2ϕ =  1 − cos2ϕ  , найдем площадь боковой поверхности:

                      (       1)          √ --2  ---cos-ar(ccos-5--)    15- S = π ⋅ (3 2)  ⋅1 − cos2 arccos 1  =  4 π = 3,75 π                                 5

Оцените статью
Я решу все!