一根长为 50 cm 的木头,其形状为均匀圆柱体。从中切出一个柱体,其横截面为圆的一个劣弓形,圆心为 O,半径为 r cm,且 ∠AOB=79π\angle AOB = \frac{7}{9}\pi 弧度。

  1. (a)

    已知该劣弓形的面积为 3×10−3 m23 \times 10^{-3}\ \mathrm{m}^2,证明 r=5.772r = 5.772(精确到三位小数)。

  2. (b)

    Sally想用一卷 2 m 长的丝带贴在所有六条棱上,以此来美化棱柱的轮廓。判断丝带是否足够。

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完整解法

6(a)

1. Convert the given area into square centimetres

Since 1 m=100 cm1\text{ m}=100\text{ cm},
1 m2=10000 cm2.1\text{ m}^2=10000\text{ cm}^2.
Given area
=3×10−3 m2=3×10−3×10000=30 cm2.=3\times10^{-3}\text{ m}^2=3\times10^{-3}\times10000=30\text{ cm}^2.

2. Form the area expression for the minor segment

Angle of sector:
θ=7π9.\theta=\frac{7\pi}{9}.
Area of minor segment
=area of sector AOB−area of △AOB=\text{area of sector }AOB-\text{area of }\triangle AOB
=12r2θ−12r2sin⁡θ.=\frac12 r^2\theta-\frac12 r^2\sin\theta.
So
30=12r2(7π9−sin⁡7π9).30=\frac12 r^2\left(\frac{7\pi}{9}-\sin\frac{7\pi}{9}\right).

3. Solve for r and round to 3 decimal places

r2=607π9−sin⁡7π9r^2=\frac{60}{\frac{7\pi}{9}-\sin\frac{7\pi}{9}}
r=607π9−sin⁡7π9r=\sqrt{\frac{60}{\frac{7\pi}{9}-\sin\frac{7\pi}{9}}}
r=5.772…r=5.772\ldots
Therefore,
r=5.772 cmcorrect to 3 decimal places.r=5.772\text{ cm} \quad \text{correct to 3 decimal places}.

答案

Hence, r=5.772r=5.772 cm, correct to 3 decimal places.

6(b)

1. Identify the six edges to be covered by ribbon

The cross-section of the prism is a minor segment bounded by chord ABAB and the minor arc ABAB.

The six edges are:

  • two length edges of 5050 cm,
  • two chord edges ABAB,
  • two arc edges ABAB.

2. Find the chord length $AB$

Using r=5.772r=5.772 cm and ∠AOB=7π9\angle AOB=\dfrac{7\pi}{9},

AB=2rsin⁡(12×7π9)AB=2r\sin\left(\frac{1}{2}\times \frac{7\pi}{9}\right)

AB=2(5.772)sin⁡(7π18)AB=2(5.772)\sin\left(\frac{7\pi}{18}\right)

AB=10.846 cm  (approximately)AB=10.846\text{ cm} \;\text{(approximately)}

3. Find the arc length $AB$

Arc length =rθ=r\theta.

arc AB=5.772×7π9\text{arc }AB=5.772\times \frac{7\pi}{9}

arc AB=14.104 cm  (approximately)\text{arc }AB=14.104\text{ cm} \;\text{(approximately)}

4. Find the total ribbon needed and compare with 2 m

Total length of ribbon needed

=2(50)+2(10.846)+2(14.104)=2(50)+2(10.846)+2(14.104)

=149.9 cm=149.9\text{ cm}

Since 22 m =200=200 cm,

149.9<200.149.9<200.

Therefore, there is sufficient ribbon.

答案

Total ribbon needed =149.9=149.9 cm =1.499=1.499 m. Since 1.499<21.499<2, there is sufficient ribbon.

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