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Aufgabe:

Ein gerader Kreiskegel, dessen Grundkreis den Radius R hat und dessen Höhe die Länge H
besitzt, soll durch eine zur Grundfläche parallele Ebene so in einen Kegelstumpf und einen
Kegel zerlegt werden, dass diese beiden Teilkörper
a) das gleiche Volumen
b) den gleichen Mantelflächeninhalt
besitzen. Welchen Abstand muss die Schnittebene jeweils von der Grundflächenebene haben?

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3 Antworten

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Welchen Abstand muss die Schnittebene jeweils von der Grundflächenebene haben?

Die Schnittbene hat zur Grundflächenebene den Abstand \(h_u\).

durch eine zur Grundfläche parallele Ebene so in einen Kegelstumpf und einen
Kegel zerlegt

Der Kegel hat die Höhe \(h\) und der Radius seiner Grundfläche ist \(r\).

Dann gilt

(1)        \(\frac{R}{r} = \frac{H}{h}\)

wegen Strahlensatz und

(2)        \(H = h_u + h\).

dass diese beiden Teilkörpe
a) das gleiche Volumen
... besitzen.

Dann hat der kleine Kegel das halbe Volumen des großen Kegels, also

(3)        \(\frac{1}{3}\pi r^2\cdot h = \frac{1}{2}\cdot\frac{1}{3}\pi R^2\cdot H\)

Löse das Gleichungssystem (1), (2), (3).

dass diese beiden Teilkörper
...
b) den gleichen Mantelflächeninhalt
besitzen.

Für die Seitenlinie \(s\) des kleinen Kegels gilt wegen Pythagoras

(4)        \(s^2 = r^2 + h^2\)

und für die Seitenlinie \(S\) des großen Kegels entsprechend

(5)        \(S^2 = R^2 + H^2\).

Der kleine Kegel hat den halben Mantelflächeininhalt des großen Kegels, also gilt

(6)        \(\pi\cdot r\cdot s =\frac{1}{2} \cdot \pi\cdot R\cdot S\).

Löse das Gleichungssystem (1), (2), (4), (5), (6).

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Höhe des abgeschnittenen Teilkegels = h,

Radius des abgeschnittenen Teilkegels = r.

Dann gilt (1) \( \frac{h}{r} \)=\( \frac{H}{R} \).

Es soll gelten: (2) \( \frac{π}{6} \) ·R2·H=\( \frac{π}{3} \) ·r2·h

(1) nach r auflösen und in (2) einsetzen und das Ergebnis nach h auflösen.

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Achtung: Ungeprüfte Ergebnisse nur zum Vergleich.

Welchen Abstand muss die Schnittebene jeweils von der Grundflächenebene haben?

a) das gleiche Volumen

H·(1 - 2^(2/3)/2) = 0.2063·H

b) den gleichen Mantelflächeninhalt

H·(1 - √2/2) = 0.2929·H

Avatar von 488 k 🚀

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