図に示された立体の体積を求める問題です。立体の形状は、直方体の一部と半円柱、そして底面が扇形である錐台を組み合わせたものです。

幾何学体積立体図形直方体半円柱錐台扇形
2025/7/5

1. 問題の内容

図に示された立体の体積を求める問題です。立体の形状は、直方体の一部と半円柱、そして底面が扇形である錐台を組み合わせたものです。

2. 解き方の手順

まず、立体を3つの部分に分けて考えます。
(1) 高さ3cm、幅4cm、奥行き8cmの直方体の半分
(2) 半径4cm、高さ3cmの半円柱
(3) 底面の扇形の半径8cm、高さ4cmの錐台(ただし、直方体の半分と半円柱を取り除いた部分)
(1) 直方体の半分の体積:
直方体の体積は、4×8×3=96 cm34 \times 8 \times 3 = 96 \text{ cm}^3 です。
その半分なので、96/2=48 cm396/2 = 48 \text{ cm}^3
(2) 半円柱の体積:
円柱の体積は、πr2h \pi r^2 h です。
半径 r=4r = 4 cm、高さ h=3h = 3 cmなので、円柱の体積は、 π×42×3=48π cm3\pi \times 4^2 \times 3 = 48\pi \text{ cm}^3
半円柱なので、48π/2=24π cm348\pi/2 = 24\pi \text{ cm}^3
(3) 底面の扇形の面積と錐台の体積:
扇形の面積は、半径8cmの円の4分の1です。なぜなら、扇形の弧の長さが8cmで、これは半径8cmの円の円周の4分の1だからです(円周は2πr=16π2\pi r = 16\pi であり、16π/4=4π16\pi/4 = 4\pi となります。したがって、82.54π8 \approx 2.54 \pi です。したがって、8/2πr=1/2π8/2\pi r = 1/2\pi となるので、円周ではなく、中心角が60度の扇形と考えるのが妥当です)。よって、底面積は、π×82×(60/360)=64π×(1/6)=(32/3)π \pi \times 8^2 \times (60/360) = 64\pi \times (1/6) = (32/3)\piとなります。
錐台の体積は、底面積が (32/3)π cm2(32/3)\pi \text{ cm}^2 で、高さが4cmの角錐の体積の差から計算できます。しかし、ここでは正確な錐台の体積を計算することは難しいので、近似的な計算を行います。
底面積を (32/3)π(32/3)\pi、高さを4とすると、おおよそ、 (1/3)×(32/3)π×4=(128/9)π14.22π cm3(1/3) \times (32/3)\pi \times 4 = (128/9)\pi \approx 14.22\pi \text{ cm}^3
立体の体積は、(1) + (2) + (3)で計算できます。
48+24π+(128/9)π48+75.40+44.74168.14 cm348 + 24\pi + (128/9)\pi \approx 48 + 75.40 + 44.74 \approx 168.14 \text{ cm}^3

3. 最終的な答え

48+24π+(128/9)π168.14 cm348 + 24\pi + (128/9)\pi \approx 168.14 \text{ cm}^3

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