立体図形の問題
台形 ABCD があり、頂点は A, B, C, D の順に並んでいます。辺 AD と辺 BC は平行で、角 B は直角(90 度)です。また、AB = 3 cm、AD = 4 cm、BC = 7 cm で、辺 BC のほうが辺 AD より長い台形です。
この台形を、辺 BC をふくむ直線を軸として 1 回転させてできる立体の体積は何 cm³ ですか。円周率は 3.14 とします。
この問題で使うもの
- 回転体の体積(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(16 技能)
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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
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
技能「回転体の体積」を使います。回転させてできる立体を、円柱と円すいの組み合わせとして考えましょう。
ヒント 2
頂点 D から辺 BC に垂直な線をひくと、台形は長方形と直角三角形に分かれます。長方形を回転させると円柱、直角三角形を回転させると円すいになります。
ヒント 3
円柱は底面の半径 3 cm・高さ 4 cm、円すいは底面の半径 3 cm・高さ 7 − 4 = 3 cm です。それぞれの体積を求めてたしましょう。
答えと解説
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解説を読む
立体の形を考える
頂点 D から辺 BC に垂直な線をひき、辺 BC と交わる点を E とします。AD と BC は平行で、角 B と角 A は直角なので、四角形 ABED は長方形です。よって
で、
です。
台形は、長方形 ABED と直角三角形 DEC の 2 つに分けられます。これを辺 BC をふくむ直線のまわりに 1 回転させると、
- 長方形 ABED からは、底面の半径 3 cm(AB)、高さ 4 cm(BE)の円柱
- 直角三角形 DEC からは、底面の半径 3 cm(DE)、高さ 3 cm(EC)の円すい
ができ、立体はこの円柱と円すいをくっつけた形になります。
円柱の体積
円すいの体積
立体の体積
2 つをたして、
(まとめて計算すると、 とも求められます。)
答えは 141.3 cm³ です。
別解
角 B が直角で AD と BC が平行なので、点 D から辺 BC に垂直な線をひき、辺 BC との交点を E とします。DE = AB = 3 cm、BE = AD = 4 cm、EC = 7 − 4 = 3 cm です。台形を直線 BC を軸に 1 回転させると、長方形 ABED が回転してできる円柱と、直角三角形 DEC が回転してできる円すいを合わせた立体になります。円柱は底面の半径 3 cm、高さ 4 cm なので、体積は 3 × 3 × 3.14 × 4 = 36 × 3.14 = 113.04 cm³ です。円すいは底面の半径 3 cm、高さ 3 cm なので、体積は 3 × 3 × 3.14 × 3 ÷ 3 = 9 × 3.14 = 28.26 cm³ です。合計は 113.04 + 28.26 = 141.3 cm³ です。検算として、(36 + 9) × 3.14 = 45 × 3.14 = 141.3 となり、一致します。