Плоскость α пересекает два шара, имеющих общий центр. Площадь сечения меньшего шара этой плоскостью равна 6. Плоскость β, параллельная плоскости α, касается меньшего шара, а площадь сечения этой плоскостью большего шара равна 4.
а) Докажите, что площадь поверхности меньшего шара не меньше, чем 24.
б) Найдите площадь сечения большего шара плоскостью α.
а) Докажите, что площадь поверхности меньшего шара не меньше, чем 24.
б) Найдите площадь сечения большего шара плоскостью α.
💡 Пошаговый разбор и решение:
а) Любое сечение шара плоскостью — это круг, причем радиус этого круга не превосходит радиуса самого шара. Тогда из условия следует, что $\pi R ^2 больше или = 6$ где R — радиус меньшего шара. Тогда площадь его поверхности, равная $4 \pi R ^2$ не меньше чем 24. Что и требовалось доказать.
б) Рассмотрим сечение, проходящее через общий центр шаров и центры кругов.
Обозначение центра, точки касания и точек пересечения поверхностей шаров с плоскостями α и β дано на рисунке. [рис.] Отрезок FD — радиус круга, полученного в сечении меньшего шара плоскостью α, тогда $S_ альфа = \pi \cdot FD ^2 = 6$ — площадь сечения меньшего шара плоскостью α.
Отрезок AB — радиус круга, полученного в сечении большего шара плоскостью β, тогда $S_ бета = \pi \cdot AB ^2 = 4$ — площадь сечения большего шара плоскостью β.
Отрезок CF — радиус круга, полученного в сечении большего шара плоскостью α. Параллельные прямые AB и CF перпендикулярны прямой AF. Из прямоугольных треугольников получаем:
$OF ^2 = OC ^2 - CF ^2 = OD ^2 - FD ^2$
откуда
$CF ^2 = OC ^2 - OD ^2 + FD ^2 = OB ^2 - OA ^2 + FD ^2 = AB ^2 + FD ^2$
Площадь сечения большего шара плоскостью α:
$S = \pi \cdot CF ^2 = \pi \cdot AB ^2 + \pi \cdot FD ^2 =10$
Ответ: б) 10.
Приведем решение Дмитрия Сузана.
а) Пусть радиус меньшего шара равен r, радиус большего шара равен R. Площадь сечения шара плоскостью, находящейся на расстоянии где h от центра шара $( h меньше или = R )$ равна $\pi ( R ^2 - h ^2 )$ Плоскость α находится от центра шара на расстоянии $h_1$ плоскость β находится на расстоянии расстояние r. Из условий имеем:
$\pi ( r ^2 - h_1 ^2 ) =6, \quad ( 1 )$
$\pi ( R ^2 - r ^2 ) =4, \quad ( 2 )$
Умножим (1) на 4, раскроем скобки, получим: $4 \pi r ^2 =24 + 4 \pi h_1 ^2$ В левой части стоит площадь поверхности малого шара, в правой части — число, не меньшее 24. Утверждение а) доказано.
б) Сложим (1) и (2), получим: $\pi ( R ^2 - h_1 ^2 ) =10$ В левой части стоит площадь сечения большего шара плоскостью α.
б) Рассмотрим сечение, проходящее через общий центр шаров и центры кругов.
Обозначение центра, точки касания и точек пересечения поверхностей шаров с плоскостями α и β дано на рисунке. [рис.] Отрезок FD — радиус круга, полученного в сечении меньшего шара плоскостью α, тогда $S_ альфа = \pi \cdot FD ^2 = 6$ — площадь сечения меньшего шара плоскостью α.
Отрезок AB — радиус круга, полученного в сечении большего шара плоскостью β, тогда $S_ бета = \pi \cdot AB ^2 = 4$ — площадь сечения большего шара плоскостью β.
Отрезок CF — радиус круга, полученного в сечении большего шара плоскостью α. Параллельные прямые AB и CF перпендикулярны прямой AF. Из прямоугольных треугольников получаем:
$OF ^2 = OC ^2 - CF ^2 = OD ^2 - FD ^2$
откуда
$CF ^2 = OC ^2 - OD ^2 + FD ^2 = OB ^2 - OA ^2 + FD ^2 = AB ^2 + FD ^2$
Площадь сечения большего шара плоскостью α:
$S = \pi \cdot CF ^2 = \pi \cdot AB ^2 + \pi \cdot FD ^2 =10$
Ответ: б) 10.
Приведем решение Дмитрия Сузана.
а) Пусть радиус меньшего шара равен r, радиус большего шара равен R. Площадь сечения шара плоскостью, находящейся на расстоянии где h от центра шара $( h меньше или = R )$ равна $\pi ( R ^2 - h ^2 )$ Плоскость α находится от центра шара на расстоянии $h_1$ плоскость β находится на расстоянии расстояние r. Из условий имеем:
$\pi ( r ^2 - h_1 ^2 ) =6, \quad ( 1 )$
$\pi ( R ^2 - r ^2 ) =4, \quad ( 2 )$
Умножим (1) на 4, раскроем скобки, получим: $4 \pi r ^2 =24 + 4 \pi h_1 ^2$ В левой части стоит площадь поверхности малого шара, в правой части — число, не меньшее 24. Утверждение а) доказано.
б) Сложим (1) и (2), получим: $\pi ( R ^2 - h_1 ^2 ) =10$ В левой части стоит площадь сечения большего шара плоскостью α.
Правильный ответ:
б) 10
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 71117 • Задание №18
Найдите все значения параметра a, при каждом из которых уравнение
$9 в степени левая круглая скобка минус |x ...
ID 71734 • Задание №19
Последовательность $n_1, n_2, \ldots, n_12, n_13$ состоит из 13 различных натуральных чисел. Среднее арифметич...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Имеется верное доказательство утверждения пункта а), и обоснованно получен верный ответ в пункте б) | 3
Получен обоснованный ответ в пункте б)
ИЛИ
имеется верное доказательство утверждения пункта а), и при обоснованном решении пункта б) получен неверный ответ из-за арифметической ошибки | 2
Имеется верное доказательство утверждения пункта а),
ИЛИ
при обоснованном решении пункта б) получен неверный ответ из-за арифметической ошибки,
ИЛИ
обоснованно получен верный ответ в пункте б) с использованием утверждения пункта а), при этом пункт а) не выполнен | 1
Решение не соответствует ни одному из критериев, приведённых выше | 0
Максимальный балл | 3
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Имеется верное доказательство утверждения пункта а), и обоснованно получен верный ответ в пункте б) | 3
Получен обоснованный ответ в пункте б)
ИЛИ
имеется верное доказательство утверждения пункта а), и при обоснованном решении пункта б) получен неверный ответ из-за арифметической ошибки | 2
Имеется верное доказательство утверждения пункта а),
ИЛИ
при обоснованном решении пункта б) получен неверный ответ из-за арифметической ошибки,
ИЛИ
обоснованно получен верный ответ в пункте б) с использованием утверждения пункта а), при этом пункт а) не выполнен | 1
Решение не соответствует ни одному из критериев, приведённых выше | 0
Максимальный балл | 3
🔗 Другие задания линии №14 по предмету Математика. Профильный уровень:
ID 67919
Дана прямая треугольная призма ABCA1B1C1, двугранный угол призмы при ребре AA1 равен 60°.
а) Д...
ID 67920
В правильной четырёхугольной пирамиде SABCD сторона AB основания равна $2 корень из 3$ а высота...
ID 67921
В правильной треугольной призме ABCA1B1C1 все рёбра равны 1.
а) Докажите, что расстояние между...
ID 67922
Основанием прямой треугольной призмы ABCA1B1C1 является прямоугольный треугольник ABC с прямым ...
ID 67923
Расстояние между боковыми ребрами AA1 и BB1 прямой треугольной призмы ABCA1B1C1 равно 5, а расс...