如图所示,一个高为 2 单位、半径为 且母线长为 的直圆锥内接于一个半径为 的球体中。
- ((i))
证明 ,其中 是圆锥的侧面积。
- ((ii))
若球体的体积以 的速率增加,求在 个单位的瞬间, 的精确变化率。
- (Notes)
[底面半径为 且母线长为 的直圆锥的侧面积为 。球体体积 = ,其中 是球体的半径。]
它不会直接告诉你答案,而是问你卡在哪一步看看 AI 是怎么陪你一步步弄懂这道题的
完整解法
6((i))
1. Express the base radius $r$ in terms of the sphere's radius $R$ using the Pythagorean theorem.
The vertical distance from the centre of the sphere to the base of the cone is .
Considering the right-angled triangle formed by the sphere's radius , the base radius , and this vertical distance:
2. Express the slant height $l$ in terms of $R$ using the Pythagorean theorem on the cone.
Considering the right-angled triangle formed by the cone's height (), base radius , and slant height :
3. Substitute $r$ and $l$ into the curved surface area formula to obtain the final expression.
The curved surface area of the cone is .
Substituting and :
6((ii))
1. Set up the rate of change equation for the volume of the sphere to find $\frac{dR}{dt}$ when $R = 2$.
Given , we differentiate with respect to :
Substitute and :
2. Differentiate the given expression for $A$ with respect to $R$.
Given , we use the chain rule to differentiate with respect to :
3. Evaluate $\frac{dA}{dR}$ at $R = 2$.
Substitute into the derivative:
4. Use the chain rule to compute the exact rate of change of $A$.
By the chain rule:
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