Основанием прямой призмы является равнобокая трапеция, параллельные стороны которой равны 2 см и 8 см. Диагональ призмы равна 3√10 см. Найдите объём цилиндра, вписанного в данную призму.
от

1 Ответ

Дано:
- Длина меньшей параллельной стороны трапеции a = 2 см
- Длина большей параллельной стороны b = 8 см
- Диагональ призмы D = 3√10 см

Найти:
- Объём цилиндра, вписанного в данную призму.

Решение:
1. Найдём высоту h равнобокой трапеции. Для этого воспользуемся свойством диагоналей трапеции. В равнобокой трапеции диагонали равны и можно использовать следующие формулы:

   c² = (D/2)² - ((b - a)/2)²,

   где c — длина боковой стороны трапеции.

   Подставим известные значения:

   c² = (3√10 / 2)² - ((8 - 2)/2)²,
   c² = (9 * 10 / 4) - (6/2)²,
   c² = 22.5 - 9,
   c² = 13.5.

   Таким образом, c = √13.5 = 3√1.5 см.

2. Теперь найдем высоту h с помощью теоремы Пифагора в треугольнике, образованном высотой, половиной разности оснований и боковой стороной:

   c² = h² + ((b-a)/2)²,
   (3√1.5)² = h² + (8 - 2)/2)²,
   13.5 = h² + 3²,
   13.5 = h² + 9,
   h² = 13.5 - 9,
   h² = 4.5,
   h = √4.5 = 3/√2 см.

3. Площадь основания S равнобокой трапеции можно вычислить по формуле:

   S = ((a + b) * h) / 2,
   S = ((2 + 8) * (3/√2)) / 2,
   S = (10 * 3) / (2√2),
   S = 15/√2 см².

4. Объём призмы V равен произведению площади основания на высоту призмы H (высота призмы равна высоте трапеции):

   V = S * H,
   V = (15/√2) * H.

5. Объём цилиндра, вписанного в призму, определяется как:

   V_ц = S_ц * h_ц,

   где S_ц — площадь основания цилиндра, а h_ц — высота цилиндра, равная высоте призмы.

6. Радиус r вписанного цилиндра равен радиусу вписанной окружности равнобокой трапеции. Формула для радиуса вписанной окружности R равнобокой трапеции:

   R = (h*(a+b)) / (2*(b-a)).

7. Подставив значение h и оснований, получаем:

   R = (3/√2 * (2 + 8)) / (2 * (8 - 2)),
   R = (30/√2) / 12,
   R = 5/2√2 см.

8. Площадь основания цилиндра S_ц:

   S_ц = π * r²,
   S_ц = π * (5/(2√2))²,
   S_ц = π * (25/8) см².

9. Таким образом, объём цилиндра:

   V_ц = S_ц * H = (25π/8) * (3/√2),
   V_ц = (75π) / (8√2) см³.

Ответ:
Объём цилиндра, вписанного в данную призму, составляет (75π) / (8√2) см³.
от