Чтобы найти объем конуса, нам нужно знать радиус основания и высоту. У нас есть образующая ( l = 13 ) см и площадь осевого сечения ( S = 60 ) см².
Шаг 1: Выразим параметры через осевое сечение
Площадь осевого сечения конуса (которое является равнобедренным треугольником) равна:
[ S = \frac{1}{2} \times \text{основание треугольника} \times \text{высота треугольника}. ]
В данном случае основание треугольника — это диаметр основания конуса, а высота треугольника — это высота конуса. Пусть ( r ) — радиус основания конуса, тогда основание треугольника равно ( 2r ).
Обозначим высоту конуса через ( h ). Тогда:
[ 60 = \frac{1}{2} \times 2r \times h. ]
Упростим уравнение:
[ 60 = r \times h. ]
[
r \times h = 60. \quad (1)
]
Шаг 2: Используем теорему Пифагора
Так как образующая, радиус и высота конуса связаны через прямоугольный треугольник (где гипотенуза — образующая), воспользуемся теоремой Пифагора:
[ l^2 = r^2 + h^2. ]
Подставим известное значение образующей:
[ 13^2 = r^2 + h^2. ]
[ 169 = r^2 + h^2. \quad (2)
]
Шаг 3: Решаем систему уравнений
Теперь у нас есть система уравнений:
- ( r \times h = 60. )
- ( r^2 + h^2 = 169. )
Выразим ( h ) из первого уравнения:
[ h = \frac{60}{r}. ]
Подставим это выражение во второе уравнение:
[ r^2 + \left(\frac{60}{r}\right)^2 = 169. ]
Упростим:
[ r^2 + \frac{3600}{r^2} = 169. ]
Умножим всё уравнение на ( r^2 ) чтобы избавиться от дроби:
[ r^4 + 3600 = 169r^2. ]
Перепишем как квадратное уравнение относительно ( r^2 ):
[ r^4 - 169r^2 + 3600 = 0. ]
Обозначим ( x = r^2 ). Тогда уравнение приобретает вид:
[ x^2 - 169x + 3600 = 0. ]
Решим это квадратное уравнение с помощью дискриминанта:
[ D = 169^2 - 4 \times 1 \times 3600. ]
[ D = 28561 - 14400. ]
[ D = 14161. ]
Найдем корни уравнения:
[ x_{1,2} = \frac{169 \pm \sqrt{14161}}{2}. ]
Поскольку корни могут быть большими, важно проверить их точность. Однако в ходе решения можно предположить, что ( r^2 ) принимает положительное значение, соответствующее реальным физическим размерам задачи. Допустим, что ( \sqrt{14161} = 119 ).
[ x_1 = \frac{169 + 119}{2} = 144, ]
[ x_2 = \frac{169 - 119}{2} = 25. ]
Соответственно, ( r^2 = 25 ), следовательно, ( r = 5 ) см.
Теперь найдем высоту ( h ) из уравнения (1):
[ h = \frac{60}{r} = \frac{60}{5} = 12 \text{ см}. ]
Шаг 4: Найдем объем конуса
Объем конуса вычисляется по формуле:
[ V = \frac{1}{3} \pi r^2 h. ]
Подставим найденные значения:
[ V = \frac{1}{3} \pi \times 5^2 \times 12. ]
[ V = \frac{1}{3} \pi \times 25 \times 12. ]
[ V = 100\pi \text{ см}^3. ]
Таким образом, объем конуса равен ( 100\pi ) кубических сантиметров.