Przejdź do treści

Gdzie przeciąć stożek, by podzielić go na dwie części o równych objętościach

Szkoła średnia średnie

Stożek ma wysokość 1010. W jakiej odległości od wierzchołka trzeba go przeciąć płaszczyzną równoległą do podstawy, aby otrzymać dwie części o równych objętościach?

h H = 10 S
Przekrój osiowy. Płaszczyzna w odległości h od wierzchołka S odcina stożek podobny do całego w skali h : 10.

Rozwiązanie

Pokaż rozwiązanie krok po krokuUkryj rozwiązanie

Krok 1. Skala. Płaszczyzna odcina przy wierzchołku stożek podobny do całego w skali k=h10k = \frac{h}{10}, gdzie hh to szukana odległość.

Krok 2. Warunek równych objętości. Odcięty stożek ma mieć połowę objętości całego:

k3=12⟹k=123.k^3 = \frac{1}{2} \quad\Longrightarrow\quad k = \frac{1}{\sqrt[3]{2}}.

Krok 3. Odległość.

h=10⋅123=10432=543≈7,94.h = 10 \cdot \frac{1}{\sqrt[3]{2}} = \frac{10\sqrt[3]{4}}{2} = 5\sqrt[3]{4} \approx 7{,}94.

(Usuwamy niewymierność, mnożąc licznik i mianownik przez 43\sqrt[3]{4}, bo 23⋅43=2\sqrt[3]{2} \cdot \sqrt[3]{4} = 2.)

Odpowiedź. Płaszczyznę trzeba poprowadzić w odległości 543≈7,945\sqrt[3]{4} \approx 7{,}94 od wierzchołka, czyli zaledwie około 2,062{,}06 nad podstawą.

Przy podstawie stożek jest najszerszy, więc tam mieści się najwięcej - połowa objętości to niespełna 14\frac{1}{4} wysokości od dołu. Z tego samego powodu stożkowy kieliszek napełniony do połowy wysokości zawiera tylko 18\frac{1}{8} pojemności. Lekcja: bryły podobne.