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円錐の展開図と表面積

1年 空間図形の復習 / 展開図シリーズ

円錐の展開図:どこの長さが同じ?

h r 展開図 → r ①おうぎ形の半径  = 母線 ②弧の長さ =  底面の円周 2πr ③中心角 a°=360×r/ 底面(円) 側面 (おうぎ形)

太い実線どうし・太い点線どうしが同じ長さ。図は母線12cm・半径4cm(下の例題と同じ比率)

高さhは展開図のどこにも出てこない。展開図・表面積で使うのは 母線底面の半径r だけ。

おうぎ形は「半径ℓの円」の何分のいくつ?

側面のおうぎ形は、半径ℓの円を切り取ったもの。切り取る割合

割合 = 中心角360底面の半径母線r

弧の長さ円周×割合 = 2πℓ×r2πr ←底面の円周と同じ
側面積円の面積×割合 = πℓ2×rπℓr 母線×半径×π
中心角360×割合 = 360×r

なぜ 中心角360r になるの?

②より「弧の長さ=底面の円周」だから 2πℓ×a360=2πr
両辺を 2πℓ でわると a360r (2πがどちらにもあるので消える)

表面積 = 展開図の部品を全部たす

側面 底面 表面積 πℓr + πr2

柱体(円柱・角柱):底面×2+側面 / 錐体(円錐・角錐):底面×1+側面

例題

  1. 母線12cm、底面の半径4cmの円錐の表面積を求めなさい。
  2. ①割合を出す r41213 (中心角=360×13=120°)
  3. ②側面積 π×122×13=48π (π×12×4=48π でも同じ)
  4. ③底面積 π×42=16π
  5. ④全部たす 48π+16π=64π cm2
  6. ⑤検算 弧=2π×12×13=8π、底面の円周=2π×4=8π → 同じなのでOK

練習問題(数値を変えて)

空らんを求めよう。答えが出たら「弧の長さ=底面の円周」で検算する。

母線
(cm)
底面の半径
(cm)
中心角側面積
(cm2)
表面積
(cm2)
(1)105180°50π75π
(2)93120°27π36π
(3)8290°16π20π
(4)64240°24π40π
(5)104144°40π56π

検算(弧=2πℓ×割合 / 底面の円周=2πr)

(1) 2π×10×12=10π=2π×5 (2) 2π×9×13=6π=2π×3 (3) 2π×8×14=4π=2π×2

(4) 2π×6×23=8π=2π×4 (5) 割合=14436025、r=10×25=4 → 2π×10×25=8π=2π×4

よくあるまちがい

✕ 高さhを使う → 側面積・中心角に使うのは母線ℓ

✕ おうぎ形の半径を底面の半径rにする → おうぎ形の半径は母線ℓ

✕ 底面をたし忘れる → 表面積は「側面+底面」。側面積だけ聞かれたら底面は入れない

✕ 中心角が360°以上になったrを逆にしている(母線が分母)

円錐の切り口・回転体と体積

1年 空間図形の復習 / 展開図シリーズ アニメ版あり

円錐を切ると、切り口はどんな形?

横に切る(輪切り)二等辺三角形頂点を通って縦に切る三角形ではない頂点を通らずに縦に切る輪切りは いつも円!三角になるのはこれだけ

輪切り(横に切る)→ いつも円。上に行くほど小さい円、いちばん下は底面と同じ円。

二等辺三角形になるのは、頂点を通って縦に切ったときだけ。底辺=底面の直径、高さ=円錐の高さh。

回転体:直角三角形を1回転させると円錐

1回転hrhr軸にした辺→ 高さ hもう1つの辺→ 底面の半径 r斜めの辺→ 母線 ℓ

長方形を1回転 → 円柱、半円を1回転 → 球。どの辺を軸にするかで、できる円錐が変わる(練習問題(4))。

1回転の例直角をはさむ辺が 縦6cm・横3cm
縦を軸 → r=3、h=6 / 横を軸 → r=6、h=3 (別の円錐!)

円錐の体積 = 同じ底面・高さの円柱の 13

円錐×3杯1杯目2杯目3杯目円柱同じ底面・同じ高さなら円錐 = 円柱の 1/3

V = 13×底面積×高さ = 13πr2h

高さ h と 母線 ℓ の使い分け

体積高さhを使う 13πr2h (まっすぐ上の長さ)
側面積・表面積母線ℓを使う πℓr+πr2 (展開図のおうぎ形の半径)

例題

  1. 底面の半径3cm、高さ4cm、母線5cmの円錐の体積と表面積を求めなさい。
  2. ①体積(hを使う) 13×π×32×4=12π cm3 検算:円柱 π×32×4=36π、36π÷3=12π
  3. ②表面積(ℓを使う) 側面π×5×3=15π、底面π×32=9π、たして24π cm2
  4. 検算:割合35、弧=2π×5×35=6π=底面の円周2π×3

練習問題

  1. 底面の半径6cm、高さ5cmの円錐の体積 60π cm3
  2. 底面の半径4cm、高さ9cmの円錐の体積 48π cm3
  3. 底面の半径5cm、高さ12cm、母線13cmの円錐の体積と表面積 体積100π cm3、表面積90π cm2
  4. 直角をはさむ辺が縦6cm・横3cmの直角三角形を、(ア)縦の辺 (イ)横の辺 を軸に1回転させた立体の体積 (ア)18π cm3 (イ)36π cm3
  5. 底面の半径2cm、高さ6cmの円柱の体積と、同じ底面・高さの円錐の体積 円柱24π cm3、円錐8π cm3

検算(円柱の体積÷3 と一致するか)

(1) 36π×5=180π÷3=60π (2) 16π×9=144π÷3=48π (3) 25π×12=300π÷3=100π、表面積 65π+25π=90π(弧 2π×13×513=10π=2π×5)

(4)(ア) r=3、h=6:9π×6=54π÷3=18π (イ) r=6、h=3:36π×3=108π÷3=36π (5) 4π×6=24π、24π÷3=8π