問題 60 / 66 ・ 体積 ・ 説明

円錐・球・円柱の体積の比

半径3cmの球と、それがちょうど入る円柱(底面の半径3cm、高さ6cm)、その円柱と同じ底面と高さの円錐があるよ。3つの体積を求めて、円錐:球:円柱の比をいちばん小さい整数の比で表そう。球の体積の公式4πr³/3と、この比の関係を説明しよう。

半径3cmの球。中心から表面までの距離が半径。3 cm
図は形と位置を表した模式図だよ。長さや角度は問題文の値を使おう。
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円柱の高さは、球の直径と同じだよ。

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円錐18πcm³、球36πcm³、円柱54πcm³。比は1:2:3。球は、ちょうど入る円柱の2/3なので、2πr³×2/3=4πr³/3になる。

  1. 円柱:π×3²×6=54πcm³。円錐:その1/3で18πcm³。
  2. 球:4π×3³/3=36πcm³。18π:36π:54π=1:2:3。
  3. 一般に、半径rの球がちょうど入る円柱の体積はπr²×2r=2πr³。球はその2/3で4πr³/3。この関係はアルキメデスが見つけたと伝えられているよ。水を移す実験は確かめの手がかりで、厳密な証明は別に必要だよ。

式に出てきた数や、図の関係を、自分の言葉で説明してみよう。

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