Тема КФУ (Казанского Федерального Университета)
Стереометрия на КФУ
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела кфу (казанского федерального университета)
Решаем задачи

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#83857

Коническое (пожарное) ведро было заполнено водой до самого края.

PIC

В него положили шар, причем он полностью покрылся водой. Покажите, что при этом из ведра вылилось не более половины бывшей там воды.

Источники: КФУ - 2024, 11.4 (см. malun.kpfu.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Если мы хотим доказать, что что-то меньше чего-то, то нам надо взять это что-то максимальным, а после этого доказать, что даже в этом случае выполняется требуемое. Шар у нас лежит не выше уровня воды, при этом, он касается поверхности конуса. В какой ситуации тогда радиус шара будет максимальным(ну а значит и его объем)?

Подсказка 2

Предельное положение - это когда шар вписан в конус. А значит, окружность радиуса такого же как у шара вписана в сечение конуса, которое проходит через диаметр окружности в основании и вершину. Значит, мы можем взять за r - радиус шара, за h - высоту конуса и за R - радиус окружности в основании конуса и тогда картинка однозначно фиксируется и все через все выражается. Сделайте это и поймите связь между r и парой h и R. Чему тогда равно отношение объемов(ведь этого от нас и просят)?

Подсказка 3

Отношение объемов равно, в силу того, что (h - r)/r = sqrt(h^2 + R^2)/r, 4 * (h / r) * (1 - 2 * (h/r)). Мы хотим максимизировать объем, значит, надо взять максимум у этой параболы(у нас же относительно h/r - выражение представляется графически параболой), а она не больше 1/2.

Показать доказательство

Обозначим радиус шара через r,  радиус основания конуса через R,  а высоту конуса — через h.  Тогда объём конуса равен

   1  2
V = 3πR ⋅h

Объём шара

   4
v = 3πr3

Отношение этих объемов равно

      3
v-= 4r2-
V   R h

Можно считать, что верхняя точка шара находится на поверхности воды, иначе воды выльется ещё меньше.

PIC

Из подобия прямоугольных треугольников AF O  и AMB  имеем

h− r  √h2-+R2
-r--= ---R----

Возведем равенство в квадрат, получим

(    )2    2   2      2
 h − 1  = h-+R2--= 1+ h2-
 r          R        R

1− 2h + h2 =1 + h2
    r  r2      R2

h2−-2rh-  h2-
  r2   = R2

      h2r2
R2 =h2-− 2rh

Значит, отношение объёмов равно

      (      )
v-= 4r3-h2−-2rh-= 4r(h−-2r)= 4(t− 2t2)= 4t(1− 2t),
V      h2r2h         h2

где t= r < 1.
   h   2  Максимум этой функции достигается в вершине параболы, то есть при t= 1
   4  и составляет

4t(1− 2t) =4⋅ 1 (1− 1) = 1
           4     2    2

Заметим, что максимум достигается при h = 4r;  при этом

       16r4
R2 = 16r2−-8r2-=2r2

l2 = h2+ R2 = 18r2 =9R2

l= 3R

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 2#68990

Многогранник ABCDA  B C D
      1 1 1 1  изображен в ортогональной проекции на плоскость ABCD.

PIC

Докажите, что такой многогранник невозможен.

Источники: КФУ-2023, 11.4 (см. kpfu.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

У нас на картинке дополнительно нарисованы точки пересечения A₂, B₂, C₂ и D₂. Что их всех связывает?

Подсказка 2

Они получены как пересечение прямых из плоскости ABCD и прямых из плоскости A₁B₁C₁D₁. Тогда где должны лежать все эти точки?

Подсказка 3

На общей для этих плоскостей прямой! А теперь внимательно смотрим на рисунок)

Показать доказательство

PIC

Прямые AB  и A1B1  пересекаются в точке A2  , лежащей в обеих плоскостях, ABCD  и A1B1C1D1  , то есть на их общей прямой. То же верно для точек B2,C2,D2  получающихся как пересечения одноименных рёбер. Значит, все эти точки должны лежать на одной прямой, что не выполняется.

Если зафиксировать, например, точки B1,C1,D1  , то можно построить изображение вершины A1  (на рисунке это точка A1)  , которое не совпадает с изображением точки A  на проекции.

Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!