一个容器是直三棱柱,其横截面为直角三角形。容器的高度为 12 cm。 以恒定的速率向空容器中注水。注满容器需要 8 分钟。 在 tt 分钟后,水的深度为 dd cm。 求当 d=6d = 6 cm 时 tt 的值。 答 答 tt = ___ 该图显示了一个以矩形 ABCD 为底面、E 为顶点的四棱锥。 AB = 16 cm,BC = 12 cm。AE = BE = CE = DE,且四棱锥的高度为 24 cm。 求 BE 的长度。 答 ___ cm 计算角 DEB。 答 ___ 从原四棱锥的顶部切去一个体积为 24 cm^3 且相似的小四棱锥。 下图显示了剩余的几何体。 求剩余几何体的总表面积。

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完整解法

7(a)

1. Find the fraction of the full volume occupied when $d=6$ cm.

The full height is 1212 cm and the water depth is 66 cm.

Linear scale factor of the water-filled triangular cross-section to the full triangular cross-section:
612=12\frac{6}{12}=\frac{1}{2}

Since the triangles are similar, the area scale factor is
(12)2=14\left(\frac{1}{2}\right)^2=\frac{1}{4}

So the volume of water is 14\frac{1}{4} of the full volume.

2. Use constant filling rate to find the corresponding time.

It takes 88 minutes to fill the whole container.

Time taken to fill 14\frac{1}{4} of the volume:
t=14×8=2t=\frac{1}{4}\times 8=2

答案

t=2t = 2 minutes

7(b)(i)

1. Find the horizontal distance from the centre of the rectangle to vertex B.

Since FF is the centre of rectangle ABCDABCD,
FB=82+62FB=\sqrt{8^2+6^2}
FB=64+36=10 cmFB=\sqrt{64+36}=10\text{ cm}

2. Use the vertical height and horizontal distance to find the slant edge BE.

In right-angled triangle EFBEFB,
BE2=EF2+FB2BE^2=EF^2+FB^2
BE2=242+102=576+100=676BE^2=24^2+10^2=576+100=676
BE=676=26 cmBE=\sqrt{676}=26\text{ cm}

答案

BE=26BE = 26 cm

7(b)(ii)

1. Find the length of the diagonal $DB$ of the rectangular base.

In rectangle ABCDABCD,
DB=162+122=400=20 cm.DB=\sqrt{16^2+12^2}=\sqrt{400}=20\text{ cm}.

2. Use the cosine rule in triangle $DEB$ to calculate angle $DEB$.

In triangle DEBDEB, DE=BE=26DE=BE=26 cm and DB=20DB=20 cm.

Using the cosine rule,
DB2=DE2+BE2−2(DE)(BE)cos⁡∠DEB.DB^2=DE^2+BE^2-2(DE)(BE)\cos \angle DEB.
202=262+262−2(26)(26)cos⁡∠DEB20^2=26^2+26^2-2(26)(26)\cos \angle DEB
400=1352−1352cos⁡∠DEB400=1352-1352\cos \angle DEB
cos⁡∠DEB=1352−4001352=9521352\cos \angle DEB=\frac{1352-400}{1352}=\frac{952}{1352}
∠DEB=cos⁡−1(9521352)=45.2∘, to 3 s.f.\angle DEB=\cos^{-1}\left(\frac{952}{1352}\right)=45.2^\circ\text{, to 3 s.f.}

答案

∠DEB=45.2∘\angle DEB = 45.2^\circ

7(b)(iii)

1. Find the volume of the original pyramid and the linear scale factor of the removed pyramid.

Volume of original pyramid
=13(16×12)(24)=1536 cm3=\frac13(16\times 12)(24)=1536\text{ cm}^3

For similar solids,
volume of small pyramidvolume of original pyramid=(small lengthoriginal length)3\frac{\text{volume of small pyramid}}{\text{volume of original pyramid}}=\left(\frac{\text{small length}}{\text{original length}}\right)^3

241536=164=(14)3\frac{24}{1536}=\frac1{64}=\left(\frac14\right)^3

So the linear scale factor of the small pyramid to the original pyramid is 14\frac14.

2. Find the lateral surface area of the original pyramid.

For the two triangular faces with base 1616 cm, the perpendicular slant height is
242+62=612=617\sqrt{24^2+6^2}=\sqrt{612}=6\sqrt{17}

Their total area is
2(12×16×617)=96172\left(\frac12\times 16\times 6\sqrt{17}\right)=96\sqrt{17}

For the two triangular faces with base 1212 cm, the perpendicular slant height is
242+82=640=810\sqrt{24^2+8^2}=\sqrt{640}=8\sqrt{10}

Their total area is
2(12×12×810)=96102\left(\frac12\times 12\times 8\sqrt{10}\right)=96\sqrt{10}

Original lateral surface area
=9617+9610=96(17+10)=96\sqrt{17}+96\sqrt{10}=96(\sqrt{17}+\sqrt{10})

3. Find the lateral surface area of the remaining frustum.

Since the linear scale factor is 14\frac14, the area scale factor is
(14)2=116\left(\frac14\right)^2=\frac1{16}

Small pyramid lateral area
=116×96(17+10)=\frac1{16}\times 96(\sqrt{17}+\sqrt{10})

Remaining lateral area
=96(17+10)−116×96(17+10)=96(\sqrt{17}+\sqrt{10})-\frac1{16}\times 96(\sqrt{17}+\sqrt{10})
=1516×96(17+10)=\frac{15}{16}\times 96(\sqrt{17}+\sqrt{10})
=90(17+10)=90(\sqrt{17}+\sqrt{10})

4. Add the base area and the top rectangular face area to get the total surface area.

Base area of original pyramid:
16×12=19216\times 12=192

Top rectangle has dimensions
14×16=4,14×12=3\frac14\times 16=4,\qquad \frac14\times 12=3

Top rectangle area:
4×3=124\times 3=12

Total surface area of remaining solid:
192+12+90(17+10)192+12+90(\sqrt{17}+\sqrt{10})
=859.7…=859.7\ldots
≈860 cm2\approx 860\text{ cm}^2

答案

860 cm2860\text{ cm}^2

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