Suponha que você tenha uma esfera sólida de raio 5 cm. Se um cilindro é inscrito na esfera (isto é, a altura do cilindro é igual ao diâmetro da esfera), e um cone é circunscrito na esfera, qual é o volume da região que é comum aos três sólidos (a esfera, o cilindro e o cone)?
Começaremos encontrando as equações para a esfera, o cilindro e o cone.
A equação da esfera de raio 5 cm é dada por:
x^2 + y^2 + z^2 = 25
Para o cilindro, a altura é igual ao diâmetro, então o raio é de 2,5 cm. A equação para o cilindro é:
x^2 + y^2 = 6,25
Finalmente, para o cone circunscrito, precisamos encontrar a altura e o raio da base do cone. O raio da base é o mesmo que o raio da esfera, ou seja, 5 cm. Para encontrar a altura, podemos usar o teorema de Pitágoras. A altura é dada por:
h = √(r^2 + R^2)
Onde r é o raio da base do cone e R é o raio da esfera. Portanto, temos:
h = √(5^2 + 5^2) = 5√2
A equação para o cone é:
(x^2 + y^2)/h^2 + z^2/25 = 1
Agora precisamos encontrar a interseção entre essas três equações. Podemos começar encontrando a interseção entre a esfera e o cilindro. Isso é feito substituindo a equação do cilindro na equação da esfera e resolvendo para z. Temos:
z^2 = 25 - x^2 - y^2 = 18,75
Portanto, a interseção entre a esfera e o cilindro é dada por:
x^2 + y^2 = 6,25
z = ±√18,75
Agora podemos encontrar a interseção entre o cone e a esfera. Substituindo a equação do cone na equação da esfera, temos:
(x^2 + y^2)/2 + z^2/25 = 1
Substituindo z^2 = 25 - x^2 - y^2, temos:
(x^2 + y^2)/2 + (25 - x^2 - y^2)/25 = 1
Simplificando e resolvendo para y^2, temos:
y^2 = 50/9 - 7/9x^2
Agora podemos encontrar a interseção entre o cilindro e o cone. Substituindo a equação do cilindro na equação do cone, temos:
(x^2 + y^2)/h^2 + z^2/25 = 1
Substituindo h = 5√2, temos:
(x^2 + y^2)/50 + z^2/25 = 1
Substituindo z^2 = 25 - x^2 - y^2, temos:
(x^2 + y^2)/50 + (25 - x^2 - y^2)/25 = 1
Simplificando e resolvendo para y^2, temos:
y^2 = 50/3 - 2/3x^2
Agora podemos encontrar a interseção entre as três equações. Isso é feito igualando as duas equações para y^2 e resolvendo para x^2. Temos:
50/9 - 7/9x^
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gabrielcguimaraes
Já para começar, um cilindro INSCRITO numa esfera cuja altura é igual ao diâmetro é impossível. Certamente o enunciado quis dizer que a esfera está inscrita no cilindro.
mateusmelodeca39
Peço desculpas pelo erro na minha resposta anterior. De fato, um cilindro inscrito em uma esfera cuja altura é igual ao diâmetro não é possível.
mateusmelodeca39
O diâmetro da esfera seria a diagonal do cubo, que tem comprimento igual a √(2) vezes o comprimento de uma aresta do cubo. Portanto, o diâmetro da esfera seria igual a 2√(2) metros.
mateusmelodeca39
Por outro lado, a altura do cilindro seria igual ao diâmetro da esfera, ou seja, 2√(2) metros. Para que o cilindro seja inscrito na esfera, suas bases devem estar contidas no mesmo plano que contém o diâmetro da esfera. Portanto, o diâmetro da base do cilindro seria igual a 2√(2) metros.
mateusmelodeca39
No entanto, o raio do cilindro seria igual a metade do diâmetro da base, ou seja, √(2) metros. E isso significa que o raio do cilindro seria maior do que o raio da esfera, que é igual a √(2)/2 metros. Logo, um cilindro inscrito em uma esfera cuja altura é igual ao diâmetro não é possível.
Lista de comentários
Começaremos encontrando as equações para a esfera, o cilindro e o cone.
A equação da esfera de raio 5 cm é dada por:
x^2 + y^2 + z^2 = 25
Para o cilindro, a altura é igual ao diâmetro, então o raio é de 2,5 cm. A equação para o cilindro é:
x^2 + y^2 = 6,25
Finalmente, para o cone circunscrito, precisamos encontrar a altura e o raio da base do cone. O raio da base é o mesmo que o raio da esfera, ou seja, 5 cm. Para encontrar a altura, podemos usar o teorema de Pitágoras. A altura é dada por:
h = √(r^2 + R^2)
Onde r é o raio da base do cone e R é o raio da esfera. Portanto, temos:
h = √(5^2 + 5^2) = 5√2
A equação para o cone é:
(x^2 + y^2)/h^2 + z^2/25 = 1
Agora precisamos encontrar a interseção entre essas três equações. Podemos começar encontrando a interseção entre a esfera e o cilindro. Isso é feito substituindo a equação do cilindro na equação da esfera e resolvendo para z. Temos:
z^2 = 25 - x^2 - y^2 = 18,75
Portanto, a interseção entre a esfera e o cilindro é dada por:
x^2 + y^2 = 6,25
z = ±√18,75
Agora podemos encontrar a interseção entre o cone e a esfera. Substituindo a equação do cone na equação da esfera, temos:
(x^2 + y^2)/2 + z^2/25 = 1
Substituindo z^2 = 25 - x^2 - y^2, temos:
(x^2 + y^2)/2 + (25 - x^2 - y^2)/25 = 1
Simplificando e resolvendo para y^2, temos:
y^2 = 50/9 - 7/9x^2
Agora podemos encontrar a interseção entre o cilindro e o cone. Substituindo a equação do cilindro na equação do cone, temos:
(x^2 + y^2)/h^2 + z^2/25 = 1
Substituindo h = 5√2, temos:
(x^2 + y^2)/50 + z^2/25 = 1
Substituindo z^2 = 25 - x^2 - y^2, temos:
(x^2 + y^2)/50 + (25 - x^2 - y^2)/25 = 1
Simplificando e resolvendo para y^2, temos:
y^2 = 50/3 - 2/3x^2
Agora podemos encontrar a interseção entre as três equações. Isso é feito igualando as duas equações para y^2 e resolvendo para x^2. Temos:
50/9 - 7/9x^