一个圆锥的底面半径为 24 cm24\ \text{cm},总表面积为 1536π cm21536\pi\ \text{cm}^2。

  1. (a)

    证明圆锥的体积为 6144π cm36144\pi\ \text{cm}^3。

  2. (b)

    将该圆锥重铸为一个实心球。求

    1. (i)

      球的半径。

      答案 ... cm

    2. (ii)

      球的总表面积。

      答案 ... cm^2

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完整解法

1(a)

1. Use the total surface area of a cone to find the slant height.

For a cone,
total surface area=πr2+πrl.\text{total surface area}=\pi r^2+\pi rl.
Given r=24r=24 and total surface area =1536π=1536\pi,
π(24)2+π(24)l=1536π\pi(24)^2+\pi(24)l=1536\pi
576π+24πl=1536π576\pi+24\pi l=1536\pi
24l=96024l=960
l=40 cm.l=40\ \text{cm}.

2. Find the perpendicular height of the cone using the radius and slant height.

The radius, perpendicular height and slant height form a right-angled triangle.
h2+242=402h^2+24^2=40^2
h2=1600−576=1024h^2=1600-576=1024
h=32 cm.h=32\ \text{cm}.

3. Calculate the volume of the cone and show it matches the stated result.

For a cone,
V=13πr2h.V=\frac{1}{3}\pi r^2h.
V=13π(24)2(32)V=\frac{1}{3}\pi(24)^2(32)
V=13π(576)(32)V=\frac{1}{3}\pi(576)(32)
V=6144π cm3.V=6144\pi\ \text{cm}^3.

答案

Hence, the volume of the cone is 6144π cm36144\pi\ \text{cm}^3.

1(b)(i)

1. Equate the volume of the sphere to the volume of the cone from part (a).

Since the cone is recast into a solid sphere, the volume remains the same.

43πr3=6144π\frac{4}{3}\pi r^3 = 6144\pi

2. Solve for the radius of the sphere.

r3=6144×34=4608r^3 = 6144 \times \frac{3}{4} = 4608

r=46083=16.650…r = \sqrt[3]{4608} = 16.650\ldots

So, to 3 significant figures,

r=16.7r = 16.7

答案

16.7 cm16.7\ \text{cm}

1(b)(ii)

1. Use the total surface area formula for a sphere.

For a sphere,
Total surface area=4πr2.\text{Total surface area}=4\pi r^2.

2. Substitute the sphere radius from part (b)(i) and calculate the surface area.

From part (b)(i), using the unrounded value
r=46083.r=\sqrt[3]{4608}.
Hence,
Total surface area=4π(46083)2\text{Total surface area}=4\pi(\sqrt[3]{4608})^2
=3480.09…=3480.09\ldots
≈3480 cm2.\approx 3480\ \text{cm}^2.

答案

3480 cm23480\ \text{cm}^2

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