把一个棱长是10分米的正方体,削成一个最大的圆锥圆锥的体积与正方形的体积的比是几比几?

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pm971
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【初中生做法】

作图如下:

很容易看出,圆锥的底圆直径不可能更大了,高也不可能更大了,这种情况下:

圆锥底面半径r=a/2,圆锥高h=a,则体积为:

V锥=πr²h/3=π(a/2)²a/3=πa³/12=V方·π/12

即:V锥 : V方=π/12≈0.2618

【高中及以上做法】

但其实,从一个正方体中切出体积最大的圆锥,上述方案并非最大方案。

如果采用下图所示方案来切,可以获得体积更大的圆锥:

以正方体对角线AG为中轴,切一个圆锥,我们来算算怎么样能获得一个体积最大的圆锥体,且算算这个体积是多少。

我们取ADGF截面,得到如下平面图形:

图形中,AD=FG=a,AF=DG=√2·a,AG=√3·a;

MN⊥AG,P为圆锥底面圆心,MN为底面直径,底面半径为MP=NP=r,圆锥高为AP=h。

圆锥不能切到正方体外面去,所以α≤β,即:tanα≤tanβ

即:NP/AP≤FG/AF=1/√2

即:h≥√2·r……①

又:MP/PG=tanβ=FG/AF=1/√2,可得:PG=√2·r

即:h=AP=AG-PG=√3·a-√2·r……②

联合①②,得到:√3·a-√2·r≥√2·r

即:r≤√6·a/4(定义域)……③

圆锥体积为:

V锥=πr²h/3=πr²(√3·a-√2·r)/3=(√3·ar²-√2·r³)·(π/3)

欲求V锥的最大值,即求(√3·ar²-√2·r³)的最大值,下面利用导数求极值:

设f(r)=√3·ar²-√2·r³导数=0(三次函数有一个极大值和一个极小值,后面判断),即:

f'(r)=2√3·ar-3√2·r²=0

r₁=0,r₂=√6·a/2

当r₁=0时,f(r)取得极小值,舍弃。

当r₂=√6·a/2时,f(r)取得极大值,但根据③式,已超出圆锥底面半径定义域。

根据三次函数性质,f(r)在[r₁,r₂]区间内单调递增,

因此,在定义域(0,√6·a/4]内的函数最大值就是r=√6·a/4时,即:

r=√6·a/4

h=√3·a-√2·r=√3·a/2……④

V锥ₘₐₓ=(√3·ar²-√2·r³)·(π/3)=[√3·a(√6·a/4)²-√2·(√6·a/4)³]·(π/3)

=a³·√3·π/16=V方·√3·π/16

即:V锥 : V方=√3·π/16≈0.3401

【注一】

0.3401 > 0.2618

所以,这样切出来的圆锥体积比第一种方法切出来的体积更大。

【注二】

根据④式,圆锥高度h是正方体对角线长度的一半;

即:按该方法可以切出两个等大的圆锥,它们底面重合,方向相反。

WaltsWhite
活跃答主

2022-08-23 · 乐于助人是我的座右铭
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棱长是10分米的正方体,削成一个最大的圆锥,那么这个圆锥的底面直径就是10分米,高也是10分米,半径是5分米,它的体积就是
1/3×3.14×5×5×10=785/3.
正方体的体积是1000立方分米。
圆锥的体积与正方形的体积的比是785/3:1000.等于785:3000。等于157:600。
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005106510351
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2022-08-23 · 每个回答都超有意思的
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1/3*3.14*(10/2)²10:10^3
=1/3*3.14*25*10:10^3
=262:1000
=131/500
圆锥与正方体体积之比为131/500
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宜励03a
2022-08-23
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