Цилиндр вписан в конус с образующей l= 13 см. Прямая, проведённая через центр верхнего основания цилиндра и любую точку окружности основания конуса, образует с основанием конуса угол в 45°. Угол образующей конуса с высотой конуса равен 30°.
С точностью до сотых определи радиус цилиндра r.
1. Основной факт: Вписанный цилиндр лежит в одной плоскости с основанием конуса. Это означает, что плоскость сечения цилиндра и конуса является общей для них обеих.
2. Формула для длины образующей конуса: l = √(h² + r²), где h - высота конуса, r - радиус основания конуса.
Дано:
l = 13 см - длина образующей конуса,
угол между образующей конуса и его высотой: 30°,
угол между прямой, проведённой через центр верхнего основания цилиндра и любую точку окружности основания конуса, и основанием конуса: 45°.
Задача: определить радиус цилиндра r.
Решение:
1. Рассмотрим поперечное сечение конуса, проходящее через его вершину и середину основания цилиндра. Это сечение будет прямоугольным треугольником, в котором угол между одним из катетов и гипотенузой равен 30°, а угол между гипотенузой и основанием конуса равен 45°.
2. По свойству прямоугольного треугольника, угол между гипотенузой и одним из катетов равен 60° (угол между гипотенузой и основанием конуса 45° + угол между образующей конуса и высотой конуса 30°).
3. Используя свойства и тригонометрический показательный вид теоремы синусов, можно записать следующее:
sin 30° = r / l,
sin 60° = r / h,
sin 45° = r / r.
4. Из формулы для длины образующей конуса l = √(h² + r²) выражаем h:
h² = l² - r².
5. Подставляя полученное выражение для h во второе уравнение, получаем:
sin 60° = r / √(l² - r²),
√(l² - r²) = r / sin 60°,
l² - r² = r² / sin² 60°,
l² = 2r² / sin² 60°.
6. Подставляя полученное выражение для l² в первое уравнение, получаем:
sin 30° = r / √(2r² / sin² 60°),
r = l * sin 30° / √(2 / sin² 60°).
7. Подставляем значения l, sin 30° и sin 60°, и вычисляем радиус r:
r = 13 * 0.5 / √(2 / 0.75) ≈ 4.11 см.
Таким образом, радиус цилиндра примерно равен 4.11 см.