Задание 3 ЕГЭ профиль: комбинации тел в стереометрии
Задачи (41)
- № 5077… Шар вписан в цилиндр. Площадь полной поверхности цилиндра равна 18. Найдите площадь поверхности шара.с разбором
- № 27041… Прямоугольный параллелепипед описан около цилиндра, радиус основания и высота которого равны 1. Найдите объем параллелепипеда.с разбором
- № 27042… Прямоугольный параллелепипед описан около цилиндра, радиус основания которого равен 4. Объем параллелепипеда равен 16. Найдите высоту цилис разбором
- № 27043… В куб вписан шар радиуса 1. Найдите объем куба.с разбором
- № 27049… В основании прямой призмы лежит прямоугольный треугольник с катетами 6 и 8. Боковые ребра равны … Найдите объем цилиндра, описанного околос разбором
- № 27050… В основании прямой призмы лежит квадрат со стороной 2. Боковые ребра равны … Найдите объем цилиндра, описанного около этой призмы.с разбором
- № 27051… Цилиндр и конус имеют общие основание и высоту. Объём конуса равен 25. Найдите объём цилиндра.с разбором
- № 27067… Прямоугольный параллелепипед описан около сферы радиуса 1. Найдите его площадь поверхности.с разбором
- № 27075… Из единичного куба вырезана правильная четырехугольная призма со стороной основания 0,5 и боковым ребром 1. Найдите площадь поверхности осс разбором
- № 27096… Цилиндр и конус имеют общие основание и высоту. Найдите объем конуса, если объем цилиндра равен 150.с разбором
- № 27105… Объём куба, описанного около сферы, равен 216. Найдите радиус сферы.с разбором
- № 27123… Конус описан около правильной четырехугольной пирамиды со стороной основания 4 и высотой 6. Найдите его объем, деленный на …с разбором
- № 27124… Во сколько раз объем конуса, описанного около правильной четырехугольной пирамиды, больше объема конуса, вписанного в эту пирамиду?с разбором
- № 27126… В куб с ребром 3 вписан шар. Найдите объем этого шара, деленный на …с разбором
- № 27127… Около куба с ребром … описан шар. Найдите объем этого шара, деленный на π.с разбором
- № 27206… Вершина A куба … с ребром 1,6 является центром сферы, проходящей через точку A1. Найдите площадь S части сферы, содержащейся внутри куба. с разбором
- № 27207… Середина ребра куба со стороной 1,9 является центром шара радиуса 0,95. Найдите площадь S части поверхности шара, лежащей внутри куба. В ос разбором
- № 27214… Объём тетраэдра равен 19. Найдите объём многогранника, вершинами которого являются середины рёбер данного тетраэдра.с разбором
- № 27215… Площадь поверхности тетраэдра равна 12. Найдите площадь поверхности многогранника, вершинами которого являются середины рёбер данного тетрс разбором
- № 245348… Цилиндр описан около шара. Объем цилиндра равен 33. Найдите объем шара.с разбором
- № 245349… Цилиндр описан около шара. Объем шара равен 24. Найдите объем цилиндра.с разбором
- № 245350… Конус и цилиндр имеют общее основание и общую высоту (конус вписан в цилиндр). Вычислите объём цилиндра, если объём конуса равен 5.с разбором
- № 245351… Конус вписан в шар. Радиус основания конуса равен радиусу шара. Объем шара равен 28. Найдите объем конуса.с разбором
- № 245352… Конус вписан в шар. Радиус основания конуса равен радиусу шара. Объем конуса равен 6. Найдите объем шара.с разбором
- № 245354… Правильная четырехугольная призма описана около цилиндра, радиус основания которого равен 2. Площадь боковой поверхности призмы равна 48. с разбором
- № 245355… Куб вписан в шар радиуса … Найдите объем куба.с разбором
- № 316555… Около конуса описана сфера (сфера содержит окружность основания конуса и его вершину). Центр сферы находится в центре основания конуса. Обс разбором
- № 316556… Около конуса описана сфера (сфера содержит окружность основания конуса и его вершину). Центр сферы находится в центре основания конуса. Рас разбором
- № 316557… Шар вписан в цилиндр. Площадь поверхности шара равна 111. Найдите площадь полной поверхности цилиндра.с разбором
- № 324449… Шар, объём которого равен 6π, вписан в куб. Найдите объём куба.с разбором
- № 324458Цилиндр и конус имеют общие основание и высоту. Высота цилиндра равна радиусу основания. Площадь боковой поверхности цилиндра равна … Найдитс разбором
- № 502070… Прямоугольный параллелепипед описан около сферы радиуса 17. Найдите его объём.с разбором
- № 505096… Куб описан около сферы радиуса 6. Найдите объём куба.с разбором
- № 27064… Правильная четырехугольная призма описана около цилиндра, радиус основания и высота которого равны 1. Найдите площадь боковой поверхности с разбором
- № 27065… Найдите площадь боковой поверхности правильной треугольной призмы, описанной около цилиндра, радиус основания которого равен … а высота рас разбором
- № 27170… Найдите площадь боковой поверхности правильной треугольной призмы, вписанной в цилиндр, радиус основания которого равен … а высота равна 2с разбором
- № 27066… Найдите площадь боковой поверхности правильной шестиугольной призмы, описанной около цилиндра, радиус основания которого равен … а высота с разбором
- № 522972… Цилиндр и конус имеют общие основание и высоту. Высота цилиндра равна радиусу основания. Площадь боковой поверхности конуса равна … Найдитс разбором
- № 525018… Шар, объём которого равен 60, вписан в цилиндр. Найдите объём цилиндра.с разбором
- № 525402… В прямоугольный параллелепипед вписана сфера с радиусом 4. Найдите объём параллелепипеда.с разбором
- № 676846Конус с радиусом 3 и образующей 6 вписан в шар. Найдите площадь поверхности шара, делённую на π.с разбором
О чём эта подтема
В задании 3 профильного ЕГЭ часто встречаются задачи, где одно тело вписано в другое или описано around него: конус в цилиндре, шар в цилиндре, шар в конусе, призма в цилиндре и другие сочетания. Задача не требует сложных построений — рисунок обычно уже дан. Главное умение здесь — правильно связать элементы двух тел (радиусы, высоты, диагонали) через геометрические соотношения, а затем подставить их в формулы площади или объёма.
Сложность таких заданий не в вычислениях, а в том, чтобы увидеть, какие величины у тел совпадают или как они связаны. Как только это установлено, решение сводится к паре алгебраических действий.
Что нужно знать
Для уверенного решения нужно держать в голове формулы объёма и площади поверхности основных тел, а также типовые соотношения при комбинациях.
Формулы объёма:
- Цилиндр:
- Конус:
- Шар:
- Призма:
- Пирамида:
Формулы площади поверхности:
- Площадь боковой поверхности цилиндра:
- Площадь полной поверхности цилиндра:
- Площадь боковой поверхности конуса: , где — образующая
- Площадь полной поверхности конуса:
- Площадь поверхности шара:
Типовые соотношения при комбинациях тел:
Конус вписан в цилиндр (общее основание и общая высота): радиусы оснований равны, высоты равны. Тогда , так как в формуле конуса стоит множитель .
Шар вписан в цилиндр: шар касается обеих оснований и боковой поверхности. Тогда диаметр шара равен и диаметру основания цилиндра, и его высоте: — нет, точнее радиус цилиндра равен радиусу шара , а высота цилиндра равна диаметру шара .
Шар вписан в конус: шар касается основания и боковой поверхности конуса. Связь радиуса шара с элементами конуса выражается через отношения в осевом сечении (равнобедренный треугольник и вписанная окружность).
Цилиндр вписан в шар (или шар описан около цилиндра): все точки окружностей оснований цилиндра лежат на сфере. Тогда радиус сферы, радиус цилиндра и половина его высоты связаны теоремой Пифагора: .
Конус и цилиндр имеют общее основание, но разную высоту — в этом случае напрямую формулу пропорции применять нельзя, нужно смотреть отдельно на радиус и высоту каждого тела.
Важно не путать вписанные и описанные конфигурации: слово «вписан» означает, что тело находится внутри другого и касается его границ, «описан» — что внешнее тело охватывает внутреннее. Иногда в условии прямо не сказано слово «вписан», но по рисунку видно совпадение размеров — тогда нужно внимательно смотреть на общие элементы (общее основание, общая высота, общий центр).
Как решать: метод и алгоритм
Алгоритм решения задач на комбинации тел практически всегда одинаковый.
Определите тип комбинации. Прочитайте условие и посмотрите на рисунок: что во что вписано, какие тела имеют общие элементы (основание, высоту, вершину, центр).
Введите обозначения для общих величин. Обычно достаточно одной-двух переменных: радиус (или ), высота . Не нужно вводить лишние переменные — используйте те, что связывают оба тела.
Запишите соотношение между размерами тел, вытекающее из условия вписанности/описанности (см. список выше). Часто это просто равенство радиусов или высот, иногда — теорема Пифагора для сферы вокруг цилиндра.
Запишите нужные формулы (объёма или площади) для обоих тел через одни и те же переменные.
Составьте пропорцию или уравнение, используя данное в условии значение (объём одного тела, площадь одного тела и т.д.), и найдите искомую величину.
Проверьте разумность ответа — численно и по смыслу (например, объём цилиндра, описанного около конуса с тем же основанием и высотой, должен быть больше объёма конуса).
Ключевая идея: не нужно находить численные значения и по отдельности, если задача требует только отношение объёмов или площадей — часто общий множитель просто сокращается.
Разбор примера
Пример 1. Конус и цилиндр имеют общее основание и общую высоту (конус вписан в цилиндр). Вычислите объём цилиндра, если объём конуса равен 5.
Решение.
Шаг 1. Определяем тип комбинации: конус и цилиндр имеют общий радиус основания и общую высоту .
Шаг 2. Записываем формулы объёма для обоих тел через одни и те же и :
Шаг 3. Замечаем, что — общий множитель в обеих формулах. Значит:
Шаг 4. Подставляем данное значение объёма конуса:
Ответ: 15.
Этот пример показывает главную идею комбинаций «с общими элементами»: не нужно искать конкретные и — достаточно заметить, что формулы отличаются только числовым коэффициентом.
Пример 2. Шар вписан в цилиндр. Площадь полной поверхности цилиндра равна 18. Найдите площадь поверхности шара.
Решение.
Шаг 1. Определяем тип комбинации: шар вписан в цилиндр, значит шар касается обоих оснований цилиндра и его боковой поверхности. Из этого следует, что радиус цилиндра равен радиусу шара, а высота цилиндра равна диаметру шара.
Обозначим радиус шара через . Тогда:
Шаг 2. Записываем формулу площади полной поверхности цилиндра через :
Шаг 3. Подставляем данное значение площади:
Шаг 4. Находим площадь поверхности шара по формуле :
Ответ: 12.
Здесь ключевой шаг — правильно связать радиус шара с размерами цилиндра. Ошибка на этом этапе (например, перепутать высоту цилиндра с радиусом) сразу даёт неверный итоговый ответ.
Типичные ошибки
Путаница между «вписан» и «описан». Нужно чётко понимать, какое тело находится внутри, а какое снаружи, иначе соотношения размеров будут перевёрнуты.
Неверное определение общих элементов. Например, ошибочно считать, что высота конуса равна образующей, или что диаметр шара равен радиусу цилиндра, а не его высоте.
Забывают, что при вписанном шаре в цилиндр высота цилиндра равна именно диаметру шара, а не радиусу. Это самая частая ошибка в такой конфигурации.
Использование формулы бокового объёма вместо полного или наоборот — при вычислении площади поверхности нужно внимательно читать, о какой площади идёт речь: полной, боковой или только основания.
Механическая подстановка чисел без понимания смысла соотношения. Иногда School students просто ищут два числа и делят их, не разобравшись, какая связь между телами задана условием.
Ошибки в арифметике при работе с . В таких задачах часто сокращается — если после упрощения в ответе осталось число с , а в условии все числа целые, стоит перепроверить вычисления.
Путают радиус и диаметр. Особенно часто в задачах с шаром: радиус шара — это половина того, что может быть визуально принято за «размер» шара на рисунке.
На что обратить внимание на экзамене
Задание 3 обычно не требует пространственного воображения — рисунок и условие дают всю нужную информацию, задача экзаменуемого — правильно её формализовать. Перед началом решения полезно кратко выписать: какое тело во что вписано, что из этого следует про радиусы и высоты, какая величина дана и какая требуется.
Если в задаче фигурируют объёмы двух тел с общими радиусом и высотой, почти всегда достаточно сравнить формулы и найти коэффициент пропорциональности — не нужно вычислять сами и . Это экономит время.
Если задача связана с площадью поверхности при вписанном шаре, важно сразу перевести все размеры через радиус шара — тогда формулы упрощаются, и обычно сокращается на промежуточном шаге.
Перед записью окончательного ответа стоит быстро проверить размерность и правдоподобность числа: если объём или площадь получились отрицательными, дробными «некрасивыми» числами при том, что условие подразумевает целочисленный ответ, вероятно, где-то была допущена ошибка в соотношении размеров.
Наконец, полезно заранее выучить наизусть все формулы объёма и площади поверхности цилиндра, конуса и шара — в задании 3 их не дают в виде справочного материала, а рассчитывать на интуицию рискованно.
Частые вопросы
Как понять, что тело вписано в другое, а не описано около него?
Вписанное тело находится внутри другого и касается его границ (поверхности или граней), описанное — охватывает внутреннее тело снаружи, касаясь его. Смотрите на рисунок: если один объект целиком помещается внутри другого и соприкасается с его стенками, он вписан.
Почему объём цилиндра всегда в 3 раза больше объёма конуса с тем же основанием и высотой?
Потому что формула объёма конуса содержит множитель по сравнению с формулой объёма цилиндра: , а . При равных и отношение объёмов равно ровно 3.
Как связаны размеры шара и цилиндра, если шар вписан в цилиндр?
Радиус цилиндра равен радиусу шара , а высота цилиндра равна диаметру шара , поскольку шар касается обоих оснований и боковой поверхности цилиндра.
Нужно ли находить числовые значения радиуса и высоты в таких задачах?
Не всегда. Если требуется найти отношение объёмов или площадей двух тел с общими элементами, часто достаточно выразить обе величины через одну переменную и сократить общий множитель, не находя её конкретное значение.
Какую формулу использовать, если цилиндр вписан в шар?
В этом случае применяется теорема Пифагора для осевого сечения: радиус шара, радиус цилиндра и половина высоты цилиндра связаны как .
Что делать, если после вычислений в ответе остаётся $\pi$?
Проверьте условие: если все данные числа целые и просят найти конкретное числовое значение объёма или площади, скорее всего должно сократиться в процессе решения. Если оно осталось, ищите ошибку в соотношении размеров или в формуле.