3.1 Walec
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (1 pkt)
Walec ma promień podstawy równy $5 \text{ cm}$ i wysokość $10 \text{ cm}$. Oblicz pole powierzchni całkowitej tego walca.
Pole powierzchni całkowitej walca wynosi $150\pi \text{ cm}^2$.
Krok 1: Zapisanie wzoru na pole powierzchni całkowitej walca
Pole powierzchni całkowitej walca ($P_c$) jest sumą pola dwóch podstaw ($P_p$) i pola powierzchni bocznej ($P_b$).\[P_c = 2 \cdot P_p + P_b\]Znane są wzory na pole podstawy (koła) i pole powierzchni bocznej:\[P_p = \pi r^2\]\[P_b = 2\pi r h\]Podstawiając te wzory do wyrażenia na $P_c$ otrzymujemy:\[P_c = 2\pi r^2 + 2\pi r h\]Krok 2: Podstawienie danych do wzoru
Zgodnie z treścią zadania, promień podstawy $r = 5 \text{ cm}$ i wysokość $h = 10 \text{ cm}$.\[P_c = 2\pi (5)^2 + 2\pi \cdot 5 \cdot 10\]Krok 3: Wykonanie obliczeń
Obliczamy kwadrat promienia i iloczyny:\[P_c = 2\pi \cdot 25 + 100\pi\]\[P_c = 50\pi + 100\pi\]Sumujemy pola:\[P_c = 150\pi \text{ cm}^2\]Krok 4: Sformułowanie odpowiedzi
Odpowiedź:
Pole powierzchni całkowitej walca wynosi $150\pi \text{ cm}^2$.
Zadanie 2 (2 pkt)
Pole powierzchni całkowitej walca jest równe $100\pi \text{ cm}^2$, a promień jego podstawy ma $4 \text{ cm}$. Oblicz wysokość tego walca.
Wysokość walca wynosi $8.5 \text{ cm}$.
Krok 1: Zapisanie wzoru na pole powierzchni całkowitej walca
Pole powierzchni całkowitej walca ($P_c$) jest sumą pola dwóch podstaw ($P_p$) i pola powierzchni bocznej ($P_b$).\[P_c = 2 \cdot P_p + P_b\]Znane są wzory na pole podstawy (koła) i pole powierzchni bocznej:\[P_p = \pi r^2\]\[P_b = 2\pi r h\]Podstawiając te wzory do wyrażenia na $P_c$ otrzymujemy:\[P_c = 2\pi r^2 + 2\pi r h\]Krok 2: Podstawienie danych do wzoru
Zgodnie z treścią zadania, $P_c = 100\pi \text{ cm}^2$ i promień podstawy $r = 4 \text{ cm}$.\[100\pi = 2\pi (4)^2 + 2\pi \cdot 4 \cdot h\]Krok 3: Uproszczenie równania
Obliczamy kwadrat promienia i iloczyny:\[100\pi = 2\pi \cdot 16 + 8\pi h\]\[100\pi = 32\pi + 8\pi h\]Dzielimy całe równanie przez $\pi$:\[\frac{100\pi}{\pi} = \frac{32\pi}{\pi} + \frac{8\pi h}{\pi}\]\[100 = 32 + 8h\]Krok 4: Rozwiązanie równania liniowego dla wysokości $h$
Odejmujemy $32$ od obu stron równania:\[100 - 32 = 8h\]\[68 = 8h\]Dzielimy przez $8$:\[h = \frac{68}{8}\]\[h = \frac{17}{2}\]\[h = 8.5 \text{ cm}\]Krok 5: Sformułowanie odpowiedzi
Odpowiedź:
Wysokość walca wynosi $8.5 \text{ cm}$.
Zadanie 3 (4 pkt)
a) Oblicz pole powierzchni całkowitej walca otrzymanego przez obrót prostokąta o bokach $3 \text{ cm}$ i $6 \text{ cm}$ wokół krótszego boku.
b) Pole przekroju osiowego walca jest równe $60 \text{ cm}^2$, a promień jego podstawy ma $5 \text{ cm}$. Oblicz pole powierzchni całkowitej tego walca.
a) Pole powierzchni całkowitej walca wynosi $108\pi \text{ cm}^2$.
b) Pole powierzchni całkowitej tego walca jest równe $110\pi \text{ cm}^2$.
a) Obliczenie pola powierzchni całkowitej walca otrzymanego przez obrót prostokąta:
Przez obrót prostokąta o bokach $3 \text{ cm}$ i $6 \text{ cm}$ wokół krótszego boku otrzymujemy walec, gdzie krótszy bok jest wysokością, a dłuższy promieniem podstawy.
Promień podstawy walca: $r = 6 \text{ cm}$
Wysokość walca: $h = 3 \text{ cm}$
Wzór na pole powierzchni całkowitej walca ($P_c$):\[ P_c = 2\pi r^2 + 2\pi r h \]Można zapisać również jako:\[ P_c = 2\pi r (r + h) \]Podstawiamy wartości:\[ P_c = 2\pi \cdot 6 \text{ cm} \cdot (6 \text{ cm} + 3 \text{ cm}) \]\[ P_c = 2\pi \cdot 6 \text{ cm} \cdot 9 \text{ cm} \]\[ P_c = 108\pi \text{ cm}^2 \]b) Obliczenie pola powierzchni całkowitej walca na podstawie pola przekroju osiowego i promienia podstawy:
Dane:
Pole przekroju osiowego $P_{\text{przekroju}} = 60 \text{ cm}^2$
Promień podstawy $r = 5 \text{ cm}$
Przekrój osiowy walca to prostokąt o bokach długości $2r$ i $h$.
Wzór na pole przekroju osiowego:\[ P_{\text{przekroju}} = 2r \cdot h \]Podstawiamy znane wartości i obliczamy wysokość $h$:\[ 60 \text{ cm}^2 = 2 \cdot 5 \text{ cm} \cdot h \]\[ 60 \text{ cm}^2 = 10 \text{ cm} \cdot h \]\[ h = \frac{60 \text{ cm}^2}{10 \text{ cm}} \]\[ h = 6 \text{ cm} \]Teraz, gdy znamy $r = 5 \text{ cm}$ i $h = 6 \text{ cm}$, możemy obliczyć pole powierzchni całkowitej walca, używając tego samego wzoru:\[ P_c = 2\pi r^2 + 2\pi r h \]Podstawiamy wartości:\[ P_c = 2\pi \cdot (5 \text{ cm})^2 + 2\pi \cdot 5 \text{ cm} \cdot 6 \text{ cm} \]\[ P_c = 2\pi \cdot 25 \text{ cm}^2 + 2\pi \cdot 30 \text{ cm}^2 \]\[ P_c = 50\pi \text{ cm}^2 + 60\pi \text{ cm}^2 \]\[ P_c = 110\pi \text{ cm}^2 \]
Zadanie 4 (4 pkt)
a) Przekątna $d$ prostokąta będącego przekrojem osiowym walca ma długość $10$ cm i tworzy z jego podstawą kąt $\alpha = 60^\circ$. Oblicz pole powierzchni całkowitej tego walca.
b) Przekątna $d$ prostokąta będącego przekrojem osiowym walca ma długość $30$ cm i tworzy z jego podstawą kąt $\alpha$ taki, że $\sin\alpha = \frac{3}{5}$. Oblicz pole powierzchni bocznej tego walca.
a) Pole powierzchni całkowitej walca wynosi $(12.5 + 25\sqrt{3})\pi \ \text{cm}^2$.
b) Pole powierzchni bocznej walca wynosi $432\pi \ \text{cm}^2$.
a) Obliczanie pola powierzchni całkowitej walca:
Przekątna przekroju osiowego $d = 10 \ \text{cm}$.
Kąt między przekątną a podstawą $\alpha = 60^\circ$.
Obliczenie średnicy podstawy $2r$: \[ 2r = d \cdot \cos\alpha \]\[ 2r = 10 \ \text{cm} \cdot \cos(60^\circ) \]\[ 2r = 10 \ \text{cm} \cdot \frac{1}{2} = 5 \ \text{cm} \]\[ r = 2.5 \ \text{cm} \]Obliczenie wysokości walca $h$: \[ h = d \cdot \sin\alpha \]\[ h = 10 \ \text{cm} \cdot \sin(60^\circ) \]\[ h = 10 \ \text{cm} \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} = 5\sqrt{3} \ \text{cm} \]Obliczenie pola powierzchni całkowitej $P_c$: \[ P_c = 2\pi r^2 + 2\pi rh \]\[ P_c = 2\pi (2.5)^2 + 2\pi (2.5)(5\sqrt{3}) \]\[ P_c = 2\pi (6.25) + 25\sqrt{3}\pi \]\[ P_c = 12.5\pi + 25\sqrt{3}\pi \]\[ P_c = (12.5 + 25\sqrt{3})\pi \ \text{cm}^2 \]b) Obliczanie pola powierzchni bocznej walca:
Przekątna przekroju osiowego $d = 30 \ \text{cm}$.
$\sin\alpha = \frac{3}{5}$.
Obliczenie $\cos\alpha$: \[ \cos^2\alpha = 1 - \sin^2\alpha \]\[ \cos^2\alpha = 1 - \left(\frac{3}{5}\right)^2 \]\[ \cos^2\alpha = 1 - \frac{9}{25} = \frac{16}{25} \]\[ \cos\alpha = \sqrt{\frac{16}{25}} = \frac{4}{5} \]Obliczenie średnicy podstawy $2r$: \[ 2r = d \cdot \cos\alpha \]\[ 2r = 30 \ \text{cm} \cdot \frac{4}{5} = 24 \ \text{cm} \]\[ r = 12 \ \text{cm} \]Obliczenie wysokości walca $h$: \[ h = d \cdot \sin\alpha \]\[ h = 30 \ \text{cm} \cdot \frac{3}{5} = 18 \ \text{cm} \]Obliczenie pola powierzchni bocznej $P_b$: \[ P_b = 2\pi rh \]\[ P_b = 2\pi (12 \ \text{cm})(18 \ \text{cm}) \]\[ P_b = 432\pi \ \text{cm}^2 \]
Zadanie 5 (4 pkt)
a) Średnica podstawy walca ma 10 cm, a pole jego powierzchni bocznej jest trzykrotnie większe od pola podstawy. Oblicz objętość tego walca.
b) Przekątna przekroju osiowego walca ma długość 10 cm i tworzy z jego podstawą kąt $\alpha$ taki, że $\cos \alpha = 0,8$. Oblicz objętość tego walca.
a) Objętość walca wynosi $187.5\pi \ \text{cm}^3$.
b) Objętość walca wynosi $96\pi \ \text{cm}^3$.
a) Obliczenie objętości walca na podstawie średnicy podstawy i stosunku pól powierzchni:\[ d = 10 \ \text{cm} \]\[ r = \frac{d}{2} \]\[ r = \frac{10 \ \text{cm}}{2} \]\[ r = 5 \ \text{cm} \]\[ P_p = \pi r^2 \]\[ P_p = \pi \cdot (5 \ \text{cm})^2 \]\[ P_p = 25\pi \ \text{cm}^2 \]\[ P_b = 3 \cdot P_p \]\[ P_b = 3 \cdot 25\pi \ \text{cm}^2 \]\[ P_b = 75\pi \ \text{cm}^2 \]\[ P_b = 2 \cdot \pi \cdot r \cdot h \]\[ h = \frac{P_b}{2 \cdot \pi \cdot r} \]\[ h = \frac{75\pi \ \text{cm}^2}{2 \cdot \pi \cdot 5 \ \text{cm}} \]\[ h = \frac{75\pi \ \text{cm}^2}{10\pi \ \text{cm}} \]\[ h = 7.5 \ \text{cm} \]\[ V = P_p \cdot h \]\[ V = 25\pi \ \text{cm}^2 \cdot 7.5 \ \text{cm} \]\[ V = 187.5\pi \ \text{cm}^3 \]b) Obliczenie objętości walca na podstawie przekątnej przekroju osiowego i cosinusa kąta:\[ d_{\text{przekątna}} = 10 \ \text{cm} \]\[ \cos \alpha = 0.8 \]\[ \cos \alpha = \frac{2r}{d_{\text{przekątna}}} \]\[ 2r = d_{\text{przekątna}} \cdot \cos \alpha \]\[ 2r = 10 \ \text{cm} \cdot 0.8 \]\[ 2r = 8 \ \text{cm} \]\[ r = \frac{2r}{2} \]\[ r = \frac{8 \ \text{cm}}{2} \]\[ r = 4 \ \text{cm} \]\[ (2r)^2 + h^2 = d_{\text{przekątna}}^2 \]\[ (8 \ \text{cm})^2 + h^2 = (10 \ \text{cm})^2 \]\[ 64 \ \text{cm}^2 + h^2 = 100 \ \text{cm}^2 \]\[ h^2 = 100 \ \text{cm}^2 - 64 \ \text{cm}^2 \]\[ h^2 = 36 \ \text{cm}^2 \]\[ h = \sqrt{36 \ \text{cm}^2} \]\[ h = 6 \ \text{cm} \]\[ V = \pi r^2 h \]\[ V = \pi \cdot (4 \ \text{cm})^2 \cdot 6 \ \text{cm} \]\[ V = \pi \cdot 16 \ \text{cm}^2 \cdot 6 \ \text{cm} \]\[ V = 96\pi \ \text{cm}^3 \]
Grupa B
Zadanie 1 (1 pkt)
Walec ma promień podstawy równy $6 \text{ cm}$ i wysokość $12 \text{ cm}$. Oblicz pole powierzchni całkowitej tego walca.
Pole powierzchni całkowitej walca wynosi $216\pi \ \text{cm}^2$.
Zadanie 2 (2 pkt)
Pole powierzchni całkowitej walca jest równe $150\pi \text{ cm}^2$, a promień jego podstawy ma $5 \text{ cm}$. Oblicz wysokość tego walca.
Wysokość walca wynosi $h = 10 \text{ cm}$.
Zadanie 3 (4 pkt)
a) Oblicz pole powierzchni całkowitej walca otrzymanego przez obrót prostokąta o bokach $5 \text{ cm}$ i $10 \text{ cm}$ wokół krótszego boku.
b) Pole przekroju osiowego walca jest równe $72 \text{ cm}^2$, a promień jego podstawy ma $6 \text{ cm}$. Oblicz pole powierzchni całkowitej tego walca.
a) Pole powierzchni całkowitej walca wynosi $300\pi \text{ cm}^2$.
b) Pole powierzchni całkowitej tego walca jest równe $144\pi \text{ cm}^2$.
Zadanie 4 (4 pkt)
a) Przekątna $d$ prostokąta będącego przekrojem osiowym walca ma długość $16$ cm i tworzy z jego podstawą kąt $\alpha = 45^\circ$. Oblicz pole powierzchni całkowitej tego walca.
b) Przekątna $d$ prostokąta będącego przekrojem osiowym walca ma długość $50$ cm i tworzy z jego podstawą kąt $\alpha$ taki, że $\sin\alpha = \frac{7}{25}$. Oblicz pole powierzchni bocznej tego walca.
a) Pole powierzchni całkowitej walca wynosi $192\pi \ \text{cm}^2$.
b) Pole powierzchni bocznej walca wynosi $672\pi \ \text{cm}^2$.
Zadanie 5 (4 pkt)
a) Średnica podstawy walca ma 6 cm, a pole jego powierzchni bocznej jest dwukrotnie większe od pola podstawy. Oblicz objętość tego walca.
b) Przekątna przekroju osiowego walca ma długość 20 cm i tworzy z jego podstawą kąt $\alpha$ taki, że $\cos \alpha = 0,75$. Oblicz objętość tego walca.
a) Objętość walca wynosi $27\pi \ \text{cm}^3$.
b) Objętość walca wynosi $281.25\pi\sqrt{7} \ \text{cm}^3$.
