Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
 № 2201
i

Конус опи­сан около дан­но­го по­лу­ша­ра так, что центр ос­но­ва­ния ко­ну­са лежит в цен­тре по­лу­ша­ра, а об­ра­зу­ю­щие ко­ну­са ка­са­ют­ся сферы по­лу­ша­ра. Най­ди­те угол между об­ра­зу­ю­щей ко­ну­са и его вы­со­той, при ко­то­ром объём ко­ну­са будет наи­мень­шим.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Можно счи­тать, что ра­ди­ус шара равен 1 (при го­мо­те­тии все от­но­ше­ния объ­е­мов со­хра­нят­ся, как и углы). Пусть, далее, h > 1  — вы­со­та ко­ну­са, r > 1  — его ра­ди­ус ос­но­ва­ния, тогда его объем равен  дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи hr в квад­ра­те . Рас­смот­рим осе­вое се­че­ние ко­ну­са. В нем будет рав­но­бед­рен­ный тре­уголь­ник ASB, в ко­то­рый впи­са­на по­лу­окруж­ность ра­ди­у­са 1. До­стро­им сим­мет­рич­ный тре­уголь­ник AS1B, тогда ASBS1  — ромб с впи­сан­ной окруж­но­стью ра­ди­у­са 1, центр ко­то­рой O  — точка пе­ре­се­че­ния диа­го­на­лей ромба.

С дру­гой сто­ро­ны, ра­ди­ус впи­сан­ной окруж­но­сти можно по­счи­тать по фор­му­ле  дробь: чис­ли­тель: 2S_ASBS_1, зна­ме­на­тель: P_ASBS_1 конец дроби , от­ку­да

1= дробь: чис­ли­тель: 2 умно­жить на 2r умно­жить на 2h умно­жить на \dfrac12, зна­ме­на­тель: 4 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: h в квад­ра­те плюс r в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та конец дроби = дробь: чис­ли­тель: rh, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: h в квад­ра­те плюс r в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та конец дроби рав­но­силь­но hr= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: h в квад­ра­те плюс r в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та рав­но­силь­но h в квад­ра­те r в квад­ра­те =h в квад­ра­те плюс r в квад­ра­те рав­но­силь­но r в квад­ра­те = дробь: чис­ли­тель: h в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: h в квад­ра­те минус 1 конец дроби ,

и объем ко­ну­са равен

 дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи h умно­жить на дробь: чис­ли­тель: h в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: h в квад­ра­те минус 1 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи умно­жить на дробь: чис­ли­тель: h в кубе , зна­ме­на­тель: h в квад­ра­те минус 1 конец дроби .

Нам нужно найти наи­мень­шее зна­че­ние этой функ­ции. Возь­мем ее про­из­вод­ную:

 левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи умно­жить на дробь: чис­ли­тель: h в кубе , зна­ме­на­тель: h в квад­ра­те минус 1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка '= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи умно­жить на дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка h в кубе пра­вая круг­лая скоб­ка ' левая круг­лая скоб­ка h в квад­ра­те минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка минус левая круг­лая скоб­ка h в квад­ра­те минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка 'h в кубе , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка h в квад­ра­те минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби =

= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 3h в квад­ра­те левая круг­лая скоб­ка h в квад­ра­те минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка минус 2h умно­жить на h в кубе , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка h в квад­ра­те минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 3h в сте­пе­ни 4 минус 3h в квад­ра­те минус 2h в сте­пе­ни 4 , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка h в квад­ра­те минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи умно­жить на дробь: чис­ли­тель: h в сте­пе­ни 4 минус 3h в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка h в квад­ра­те минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи умно­жить на дробь: чис­ли­тель: h в квад­ра­те левая круг­лая скоб­ка h в квад­ра­те минус 3 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка h в квад­ра­те минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби .

Ясно, что при h при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 1; ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка это вы­ра­же­ние от­ри­ца­тель­но (и функ­ция  левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи умно­жить на дробь: чис­ли­тель: h в кубе , зна­ме­на­тель: h в квад­ра­те минус 1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка убы­ва­ет), а при h боль­ше ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та это вы­ра­же­ние по­ло­жи­тель­но (и функ­ция  левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи умно­жить на дробь: чис­ли­тель: h в кубе , зна­ме­на­тель: h в квад­ра­те минус 1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка воз­рас­та­ет). По­это­му наи­мень­шее зна­че­ние функ­ция при­ни­ма­ет при h= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та и, со­от­вет­ствен­но, r= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: h в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: h в квад­ра­те минус 1 конец дроби конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби конец ар­гу­мен­та . Най­дем те­перь угол между об­ра­зу­ю­щей и вы­со­той:

 тан­генс \angle ASO= дробь: чис­ли­тель: AO, зна­ме­на­тель: SO конец дроби = дробь: чис­ли­тель: r, зна­ме­на­тель: h конец дроби = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби конец ар­гу­мен­та : ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби конец ар­гу­мен­та = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

Ответ:  арк­тан­генс дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

Спрятать критерии
Критерии проверки:

За за­да­ние (или за каж­дый из че­ты­рех пунк­тов сю­же­та из че­ты­рех за­да­ний)

вы­став­ля­ет­ся одна из сле­ду­ю­щих оце­нок:

+ (3 балла),    ± (2 балла),    ∓ (1 балл),    − (0 бал­лов)

При этом не­об­хо­ди­мо ру­ко­вод­ство­вать­ся сле­ду­ю­щим.

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нийБаллы
Вер­ное и пол­ное вы­пол­не­ние за­да­ния3
Ход ре­ше­ния вер­ный, ре­ше­ние до­ве­де­но до от­ве­та, но до­пу­щен один не­до­чет2
Ход ре­ше­ния вер­ный, ре­ше­ние до­ве­де­но до от­ве­та, но до­пу­ще­но два не­до­че­та или одна гру­бая ошиб­ка1
Осталь­ные слу­чаи0

К не­до­че­там от­но­сят­ся, на­при­мер: опис­ки, не­точ­но­сти в ис­поль­зо­ва­нии ма­те­ма­ти­че­ской сим­во­ли­ки; по­греш­но­сти на ри­сун­ках, не­до­ста­точ­но пол­ные обос­но­ва­ния; не­точ­но­сти в ло­ги­ке рас­суж­де­ний при срав­не­нии чисел, до­ка­за­тель­стве тож­деств или не­ра­венств; вы­чис­ли­тель­ные ошиб­ки, не по­вли­яв­шие прин­ци­пи­аль­но на ход ре­ше­ния и не упро­стив­шие за­да­чу, если за­да­ча не яв­ля­лась вы­чис­ли­тель­ной; за­ме­на стро­го знака не­ра­вен­ства не­стро­гим или на­о­бо­рот; не­вер­ное при­со­еди­не­ние либо ис­клю­че­ние гра­нич­ной точки из про­ме­жут­ка мо­но­тон­но­сти и ана­ло­гич­ные.

Гру­бы­ми ошиб­ка­ми яв­ля­ют­ся, на­при­мер: по­те­ря или при­об­ре­те­ние по­сто­рон­не­го корня; не­вер­ный отбор ре­ше­ния на про­ме­жут­ке при пра­виль­ном ре­ше­нии в общем виде; вы­чис­ли­тель­ная ошиб­ка в за­да­че на вы­чис­ле­ние; не­вер­ное из­ме­не­ние знака не­ра­вен­ства при умно­же­нии на от­ри­ца­тель­ное число, ло­га­риф­ми­ро­ва­нии или по­тен­ци­ро­ва­нии и т. п.


Задание парного варианта: 2196

? Источник: Вы­пуск­ной эк­за­мен по ма­те­ма­ти­ке. Ма­те­ма­ти­че­ские клас­сы, РСФСР, 1983 год, ра­бо­та 2, ва­ри­ант 2
? Классификатор: Гео­мет­рия
?
Сложность: 9 из 10