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空間図形の問題

難易度 3公立高校入試の標準レベル中学数学 空間図形

頂点を とし、底面の半径が の円錐があります。この円錐を平面の上に横にたおして置き、頂点 を中心として、平面の上をすべらないように転がしたところ、円錐はちょうど 回転して、はじめて元の位置にもどりました。この円錐の表面積は何 か求めなさい。ただし、円周率は とします。

転がす前の円錐(底面を下にして描いた図)

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(31 技能)

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

転がしたとき、底面の円周上の点は、頂点 を中心とし、母線の長さを半径とする円をえがきます。

ヒント 2

その円の周の長さは、底面の円周の 倍に等しくなります。これから母線の長さが求まります。

ヒント 3

母線の長さは です。側面の展開図のおうぎ形の面積は、半径 の円の面積の 倍です。

答えと解説

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解説を読む

円錐の母線の長さを とします。

円錐を頂点 を中心として転がすと、底面の円周が平面にふれながら進み、底面の円周上の点は平面の上に、中心 、半径 の円をえがきます。すべらないので、この円の周の長さは、底面の円周の 回分の長さに等しくなります。

側面積

側面の展開図は、半径 、弧の長さが底面の円周 のおうぎ形です。半径 の円の周の長さは なので

底面積

よって、表面積は

別解

母線の長さを とする。円錐が頂点 を中心に平面上をすべらずに転がって元の位置にもどるとき、底面の円周上の点は、半径 の円周上を 1 周する。この円周の長さは 。
底面の円周は で、円錐は 3 回転するので、 より 。
側面積は 、底面積は 。
表面積は 。
検算: 展開図のおうぎ形の中心角は 。おうぎ形の面積 で一致する。

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