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9. (ITA 2007) Um cone eqüilátero está inscrito numa esfera de raio igual a 4 m. Determine a que distancia do centro da esfera deve-se traçar um plano paralelo à base do cone, para que a diferença das áreas das secções (na esfera e no cone) seja igual à área da base do cone.

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Aprimorando com Questões

há 2 anos

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há 6 meses

Para resolver essa questão, vamos seguir os passos: 1. Entender a geometria do problema: Um cone equilátero está inscrito em uma esfera de raio 4 m. Isso significa que a altura do cone e o raio da base do cone são iguais. 2. Definir as variáveis: - Seja \( r \) o raio da base do cone. - A altura do cone \( h \) também será \( r \) (já que é um cone equilátero). 3. Encontrar a relação entre o cone e a esfera: A distância do centro da esfera até a base do cone é \( 4 - h \). Como \( h = r \), temos que a distância do centro da esfera até a base do cone é \( 4 - r \). 4. Área da base do cone: A área da base do cone é dada por \( A_{base} = \pi r^2 \). 5. Área da seção do cone: Quando traçamos um plano paralelo à base do cone a uma altura \( d \) do centro da esfera, a nova altura do cone formado é \( h' = 4 - d \). O raio da seção do cone será proporcional à altura, ou seja, \( r' = \frac{r}{h} \cdot h' = \frac{r}{r} \cdot (4 - d) = 4 - d \). 6. Área da seção do cone: A área da seção do cone é \( A_{secao\_cone} = \pi (4 - d)^2 \). 7. Área da seção da esfera: A área da seção da esfera a uma altura \( d \) do centro é dada por \( A_{secao\_esfera} = \pi (4^2 - d^2) = \pi (16 - d^2) \). 8. Igualar as áreas: A diferença das áreas das seções deve ser igual à área da base do cone: \[ A_{secao\_esfera} - A_{secao\_cone} = A_{base} \] \[ \pi (16 - d^2) - \pi (4 - d)^2 = \pi r^2 \] Simplificando, temos: \[ 16 - d^2 - (4 - d)^2 = r^2 \] \[ 16 - d^2 - (16 - 8d + d^2) = r^2 \] \[ 8d = r^2 \] 9. Substituir \( r \): Como \( r = h \) e \( h = 4 \), temos: \[ 8d = 4^2 \] \[ 8d = 16 \implies d = 2 \] Portanto, a distância do centro da esfera até o plano paralelo à base do cone deve ser de 2 metros.

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há 2 anos

Para resolver esse problema, podemos utilizar a relação entre as áreas das seções do cone e da esfera. Sabemos que a área da seção do cone é proporcional ao quadrado da distância do plano que a corta ao vértice do cone, enquanto a área da seção da esfera é proporcional ao quadrado da distância do plano que a corta ao centro da esfera. Seja "d" a distância do plano que corta o cone à base do cone. Como o cone é equilátero, a área da base do cone é (3/4) vezes a área da seção do cone. Portanto, a área da seção do cone é (4/3) vezes a área da base do cone. A área da seção da esfera é igual à área da seção do cone quando a diferença entre elas é igual à área da base do cone. Assim, temos: 4πr²[(d+r)² - r²] = (4/3)πr³ - (3/4)πr²d² Simplificando e resolvendo para "d", obtemos: d = r(2 - √3) Substituindo o valor de "r" (4 m), temos: d = 4(2 - √3) ≈ 0,54 m Portanto, a distância do plano que corta o cone à base do cone deve ser de aproximadamente 0,54 m.

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