下图显示了一个礼品纪念品,它是由一个半径为 3 cm 的实心半球的平面与一个实心圆台拼接而成的。该圆台是通过一个平行于底面的平面对一个半径为 12 cm 的直角圆锥进行截割,分成两部分而得到的。圆台的高度为 xx cm。

  1. (a)

    已知该圆锥在截割成圆台之前的高度为 24 cm,求 xx 的值。

  2. (b)

    求纪念品的体积。

    答案 ... cm^3

  3. (c)

    求整个礼品纪念品的全表面积。

    答案 ... cm^2

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完整解法

12(a)

1. Find the height of the small cone cut off using similar triangles

Let the height of the small cone cut off be hh cm.

Since the cut is parallel to the base, the small cone is similar to the original cone.

h24=312\frac{h}{24}=\frac{3}{12}

h=24×312=6h=24\times \frac{3}{12}=6

2. Subtract the small cone height from the original cone height to find the frustum height

The height of the frustum is

x=24−6=18x=24-6=18

答案

x=18 cmx = 18\text{ cm}

12(b)

1. Find the volume of the frustum

For a frustum with height h=18h=18, base radius R=12R=12 and top radius r=3r=3,
V=13πh(R2+Rr+r2).V=\frac{1}{3}\pi h(R^2+Rr+r^2).
Vfrustum=13π(18)(122+12×3+32)V_{\text{frustum}}=\frac{1}{3}\pi(18)(12^2+12\times3+3^2)
=6π(144+36+9)=6\pi(144+36+9)
=1134π cm3.=1134\pi\text{ cm}^3.

2. Find the volume of the solid hemisphere

Volume of a hemisphere:
V=23πr3.V=\frac{2}{3}\pi r^3.
With r=3r=3,
Vhemisphere=23π(33)V_{\text{hemisphere}}=\frac{2}{3}\pi(3^3)
=18π cm3.=18\pi\text{ cm}^3.

3. Add the volumes to get the volume of the souvenir

Vsouvenir=1134π+18πV_{\text{souvenir}}=1134\pi+18\pi
=1152π cm3=1152\pi\text{ cm}^3
=3619.… cm3.=3619.\ldots\text{ cm}^3.

答案

1152π cm3=3620 cm31152\pi\text{ cm}^3 = 3620\text{ cm}^3 correct to 3 significant figures

12(c)

1. Find the slant height of the frustum

The frustum has height 18 cm18\text{ cm}, lower radius 12 cm12\text{ cm} and upper radius 3 cm3\text{ cm}.

Difference in radii =12−3=9 cm=12-3=9\text{ cm}.

Using Pythagoras' theorem,
s=182+92=405=95 cm.s=\sqrt{18^2+9^2}=\sqrt{405}=9\sqrt5\text{ cm}.

2. Find the curved surface area of the frustum

Curved surface area of a frustum:
π(R+r)s\pi(R+r)s
where R=12R=12, r=3r=3 and s=95s=9\sqrt5.

CSA of frustum=π(12+3)(95)=1355π cm2.\text{CSA of frustum}=\pi(12+3)(9\sqrt5)=135\sqrt5\pi\text{ cm}^2.

3. Find the exposed surface area of the hemisphere

Only the curved surface of the hemisphere is exposed.

Curved surface area of hemisphere:
2πr2=2π(3)2=18π cm2.2\pi r^2=2\pi(3)^2=18\pi\text{ cm}^2.

4. Find the exposed circular base area of the frustum

The lower circular base of the frustum is exposed.

Base area=π(12)2=144π cm2.\text{Base area}=\pi(12)^2=144\pi\text{ cm}^2.

5. Add all exposed surface areas and round the answer

Total surface area=1355π+18π+144π\text{Total surface area}=135\sqrt5\pi+18\pi+144\pi
=(1355+162)π=(135\sqrt5+162)\pi
=1457.4… cm2=1457.4\ldots\text{ cm}^2

Correct to 3 significant figures,
Total surface area=1460 cm2.\text{Total surface area}=1460\text{ cm}^2.

答案

1460 cm21460\text{ cm}^2 correct to 3 significant figures

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