图 1 显示了一个由等边长为 的星形纸板折叠而成的六角锥的展开图。该展开图由一个等边长为 的六边形和六个底边为 、腰长为 的等腰三角形组成。如图 2 所示,将该展开图折叠成一个底面边长为 、垂直高度为 的正六角锥。六边形底面由六个边长为 的等边三角形组成。
底面边长为 、高为 的正六角锥的体积由下式给出:

- (a)
证明该六角锥的体积 满足以下表达式:
- (b)
用 表示该六角锥可能的最大体积。你不需要证明该值是最大值。
- (c)
当体积最大时,用 表示该六角锥的总表面积。
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完整解法
3(a)
1. Relate the vertical height $h$, base radius $x$, and slant edge $a$ using Pythagoras' theorem.
The base of the pyramid is a regular hexagon made up of six equilateral triangles of side length . Thus, the distance from the centre of the base to any of its vertices is exactly .
Consider the right-angled triangle formed by the vertical height , the distance from the centre to a base vertex , and the slant edge :
2. Square the volume formula and substitute $h^2$ to obtain the required expression.
Given the volume ,
Square both sides:
Substitute into the equation:
3(b)
1. Differentiate the given expression for $V^2$ with respect to $x$.
Let .
To find the turning point, we differentiate with respect to :
2. Equate the derivative to zero and solve for $x^2$.
For maximum volume, .
Since is a length, , so we can divide by :
3. Substitute $x^2$ back into the equation for $V^2$ to find the maximum squared volume.
Substitute into the expression for :
4. Calculate the maximum volume $V$ by taking the square root.
Since and ,
3(c)
1. Find the relationship between $x$ and $a$ for maximum volume.
Let .
To find the maximum volume, we set :
Since , dividing by gives:
2. Calculate the area of the hexagonal base in terms of $a$.
The hexagonal base is composed of 6 equilateral triangles of side length .
Substituting :
3. Calculate the slant height and the area of the six isosceles triangular faces.
Let be the perpendicular slant height of each of the 6 isosceles triangular faces.
Using Pythagoras' theorem on a triangular face:
Substituting :
4. Calculate the total surface area.
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