空間図形の問題
底面の半径が 、高さが の円柱があります。この円柱から、円柱の上の底面を底面とし、下の底面の中心を頂点とする円錐をくりぬきました。残った立体の表面積は何 か求めなさい。ただし、円周率は とします。
この問題で使うもの
- 角柱・円柱の表面積(説明と入口の問題)
- 円錐の展開図と側面積(説明と入口の問題)
- 三平方の定理(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(17 技能)
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
くりぬいたあと、立体の表面がどの部分でできているかを考えましょう。上の底面はなくなり、かわりに円錐の側面が表面になります。
ヒント 2
表面は「下の底面」「円柱の側面」「円錐の側面」の つです。円錐の母線の長さは三平方の定理で求めます。
ヒント 3
円錐の母線の長さは です。円錐の側面積は、おうぎ形の面積として で求められます。
答えと解説
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解説を読む
残った立体の表面は、次の つの部分からなります(上の底面はくりぬかれてなくなっています)。
(1) 下の底面
(2) 円柱の側面
側面を展開すると、縦 、横が底面の円周 の長方形なので
(3) くりぬいた円錐の側面
円錐の高さは 、底面の半径は なので、母線の長さを とすると、三平方の定理より
円錐の側面の展開図は、半径 、弧の長さ のおうぎ形です。半径 の円の周の長さは なので、おうぎ形の面積は
よって、表面積は
別解
円錐の底面は円柱の上の底面と同じ円なので、上の底面はすべてくりぬかれて、表面には残らない。残った立体の表面は次の 3 つである。
- 下の底面:
- 円柱の側面:
- 円錐の側面(くりぬいた内側): 母線の長さは なので
合計は 。
検算: 円柱の全表面積 から上の底面 を引いて円錐の側面 を加えると で一致する。