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8 Matemática Troncos Objetivos Aprender a calcular o volume e a reconhecer as características do tronco da pirâmide e do cone. Além disso, estabelecer relações entre as áreas, lados, alturas e volumes. Se liga Para essa aula, é importante ter um conhecimento sobre áreas, pirâmides – até principais relações – e cones – até a parte de cone equilátero – (caso não seja direcionado, pesquise por "Áreas", “Pirâmides” e “Cones”, respectivamente, na biblioteca). Curiosidade Você sabia que, em geometria, chamamos de tronco a uma "fatia" seccionada de um sólido geométrico por um plano que não intersecta as bases. O tronco não é apenas relacionado ao cone e à pirâmide; o que acontece no cilindro ou no prisma é que o plano que os corta num tronco não pode ser paralelo à base, caso contrário, ficamos com outros dois prismas ou outros dois cilindros. O mesmo não acontece com o cone e a pirâmide. Teoria Tronco de pirâmide Considere uma pirâmide e uma secção transversal paralela à base. Denominamos tronco de pirâmide a parte da pirâmide limitada pela base e pela secção transversal. Elementos: https://descomplica.com.br/cursos/enem-extensivo-2019/aulas/areas-geometria-plana/videos/area-do-retangulo-e-do-paralelogramo/ https://descomplica.com.br/cursos/enem-extensivo-2019/aulas/piramidess/videos/principais-relacoes./?discipline=matematica&subject=geometria&topic=geometria-espacial https://descomplica.com.br/cursos/enem-extensivo-2019/aulas/cones-/videos/definicao-e-elementos-0/?discipline=matematica&subject=geometria&topic=geometria-espacial https://pt.wikipedia.org/wiki/Geometria https://pt.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lido https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Base_(geometria)&action=edit&redlink=1 8 Matemática H1: altura total da pirâmide H2: altura da pirâmide menor A1: área da base maior do tronco A2: área da base menor do tronco L1: aresta da base L2: aresta da secção transversal Observando a figura, podemos estabelecer as seguintes relações (essa relação também vale para cone): A1 A2 = ( H1 H2 ) 2 = ( L1 L2 ) 2 e V1 V2 = ( H1 H2 ) 3 = ( L1 L2 ) 3 Apótema do tronco de uma pirâmide: • As faces laterais do tronco de pirâmide são trapézios isósceles congruentes. • O apótema do tronco é a altura do trapézio. Volume do tronco de pirâmide O volume de tronco de pirâmide é a diferença entre o volume original e o volume da pirâmide determinada pela secção transversal. Pode ser calculado pela expressão: V = H1 3 (A1 + A2 + √A1 ∙ A2) 8 Matemática Tronco de cone circular reto Considere um cone circular e uma secção transversal qualquer. Denominamos tronco de cone a parte do cone limitada pela base e por essa secção transversal. g: geratriz h: altura R: Raio maior r: raio menor Volume do tronco de cone Sendo um tronco de cone de raios R e r e altura h, o volume desse tronco pode ser calculado pela expressão: V = πh 3 (R2 + r2 + Rr) 8 Matemática Exercícios de fixação 1. Calcule o volume do tronco de pirâmide, de bases quadradas, cuja altura mede 9 m e os lados medem 6 m e 5 m. a) 200 m³. b) 300 m³. c) 273 m³. d) 260 m³. 2. Qual o valor da área lateral do tronco de uma pirâmide regular, de base quadrangular, cujas arestas das bases medem 6 m e 16 m e o apótema mede 13 m? a) 864 m². b) 572 m². c) 346 m². d) 583 m². 3. Uma pirâmide de 6 cm de altura tem base de 144 cm² de área. A área da secção plana paralela à base e distante 5 cm do vértice é: a) 100/3; b) 100; c) 120; d) 24. 4. Calcule o volume de um tronco de cone de 9 cm de altura, sabendo que o raio da base menor mede 7 cm e o raio da base maior mede 12 cm. (Dados: adote π = 3.) a) 3424 cm³. b) 5240 cm3. c) 4500 cm³. d) 2493 cm³. 8 Matemática 5. Considere um cone de altura 4 cm e um tronco deste cone de altura 3 cm. Sabendo-se que este tronco tem volume 21 cm³, qual o volume do cone? a) 53 3 . b) 64 3 . c) 21. d) 33 3 . 8 Matemática Exercícios de vestibulares 1. Uma das Sete Maravilhas do Mundo Moderno é o Templo de Kukulkán, localizado na cidade de Chichén Itzá, no México. Geometricamente, esse templo pode ser representado por um tronco reto de pirâmide de base quadrada. A quantidade de cada tipo de figura plana que forma esse tronco de pirâmide é: a) 2 quadrados e 4 retângulos; b) 1 retângulo e 4 triângulos isósceles; c) 2 quadrados e 4 trapézios isósceles; d) 1 quadrado, 3 retângulos e 2 trapézios retângulos; e) 2 retângulos, 2 quadrados e 2 trapézios retângulos. 2. Uma cozinheira, especialista em fazer bolos, utiliza uma forma no formato representado na figura: Nela, identifica-se a representação de duas figuras geométricas tridimensionais. Essas figuras são a) um tronco de cone e um cilindro. b) um cone e um cilindro. c) um tronco de pirâmide e um cilindro. d) dois troncos de cone. e) dois cilindros. 8 Matemática 3. Considerando um lustre de formato cônico com altura e raio da base igual a 0,25 m, a distância do chão (H) em que se deve pendurá-lo para obter um lugar iluminado em forma de círculo com área de 25π m², é de a) 12 m. b) 10 m. c) 8 m. d) 6 m. e) 5 m. 8 Matemática 4. No filme “Enrolados”, os estúdios Disney recriaram a torre onde vivia a famosa personagem dos contos de fadas Rapunzel (figura 1). Nesta recriação, podemos aproximar o sólido onde se apoiava a sua morada por um cilindro circular reto conectado a um tronco de cone, com as dimensões indicadas na figura 2, feita fora de escala. Para que o príncipe subisse até a torre, Rapunzel lançava suas longas tranças para baixo. Nesta operação, suponha que uma das extremidades da trança ficasse no ponto A e a outra no ponto C, onde se encontrava o rapaz. Considerando que a trança ficasse esticada e perfeitamente sobreposta à linha poligonal formada pelos segmentos ▁AB e ▁BC, destacada em linha grossa na figura 2, o comprimento da trança de Rapunzel, em metros, é igual a a) 35. b) 38. c) 40. d) 42. e) 45. 5. Um salame tem a forma de um cilindro reto com 40 cm de altura e pesa 1 kg. Tentando servir um freguês que queria meio quilo de salame, João cortou um pedaço, obliquamente, de modo que a altura do pedaço varia entre 22 cm e 26 cm. O peso do pedaço é de: a) 600 g; b) 610 g; c) 620 g; d) 630 g; e) 640 g. 8 Matemática 6. Considere um balde para colocação de gelo no formato de um tronco de cone circular reto, apresentando as medidas indicadas na figura a seguir. Considerando que esse balde esteja com 25% de sua capacidade ocupada com gelo derretido (água) e, consequentemente, com um volume de água igual a 0,097π litros, qual é o valor (em cm) do raio da base maior R? a) 8,5. b) 9. c) 8. d) 7,5. e) 6. 7. Uma caixa de um perfume tem o formato de um tronco de pirâmide quadrangular regular fechado. Para embrulhá-la, Pedro tirou as seguintes medidas: aresta lateral 5 cm e arestas das bases 8 cm e 2 cm. A quantidade total de papel para embrulhar esta caixa, supondo que não haja desperdício nem sobreposição de material, foi de: a) 88 cm²; b) 168 cm²; c) 8m cm ²; d) 68 cm²; e) 148 cm². 8 Matemática 8. Um reservatório de água tem formato de um cilindro circular reto de 3 m de altura e base com 1,2 m deraio, seguido de um tronco de cone reto, cujas bases são círculos paralelos, de raios medindo 1,2 m e 0,6 m, respectivamente, e altura 1m, como representado na figura a seguir. Nesse reservatório, há um vazamento que desperdiça 1 3 do seu volume por semana. Considerando a aproximação π ≅ 3 e sabendo que 1 dm3 = 1L , esse vazamento é de: a) 4.320 litros; b) 15,48 litros; c) 15.480 litros; d) 12.960 litros; e) 5.160 litros. 9. O volume do sólido gerado pela rotação completa da figura a seguir, em torno do eixo e é, em cm³: a) 38π; b) 54π; c) 92π; d) 112π; e) 128π. 8 Matemática 10. Considere o tronco de uma pirâmide regular de bases quadradas representado na figura a seguir. Se as diagonais das bases medem 10√2cm e 4√2cm, a área total desse tronco, em centímetros quadrados, é a) 168. b) 186. c) 258. d) 266. e) 284. Sua específica é exatas e quer continuar treinando esse conteúdo? Clique aqui para fazer uma lista extra de exercícios. https://dex.descomplica.com.br/enem/matematica/exercicios-troncos 8 Matemática Gabaritos Exercícios de fixação 1. C A fórmula para calcular o volume da pirâmide é V = h 3 (A1 + A2 + √A1 ∙ A2) Também temos as seguintes informações: h = 9, A1 = 62 = 36 (área da base maior) e A2 = 52 = 25 (área da base menor). Substituindo, temos V = 9 3 (36 + 25 + √36 ∙ 25) V = 3(61 + √36 ∙ √25) V = 3(61 + 6 ∙ 5) V = 3(61 + 30) V = 3(91) = 273 m³ 2. B A área lateral de uma pirâmide de base quadrangular é formada por trapézios, logo AL = 4 ∙ Atrapézio AL = 4 ∙ (B + b)h 2 = 2 ∙ (16 + 6) ∙ 13 = 2 ∙ (22) ∙ 13 = 572 m² 3. B As pirâmides grande e pequena são semelhantes. A grande possui altura h = 6 e área da base Sb = 144. Sabemos que a pirâmide pequena tem h = 5 e queremos calcular a área da base. Assim, por semelhança, temos: ( 5 6 ) 2 = x 144 x = 100 4. D Calculamos o volume do tronco através da fórmula V = πh 3 (R2 + r2 + Rr) Substituindo os valores dados, temos: V = π ∙ 9 3 (122 + 72 + 12 ∙ 7) V = 3π(144 + 49 + 84) V = 3π(277) V = 831π cm³ Tomando π = 3, temos V = 831 ∙ 3 cm³ V = 2493 cm³ 8 Matemática 5. B Tomemos como H = 4 cm a altura do cone e H2 = 3 cm como altura do tronco do cone. Sabemos que H − H1 = H1 → 4 − 3 = H1 → H1 = 1, onde H1 é a altura do cone menor. Sabendo que V1 = volume do cone menor, V2 = volume do tronco e Vt = volume total = V1 + V2, temos a seguinte relação: V1 Vt = ( H1 H ) 3 → V1 21 + V1 = ( 1 4 ) 3 → V1 = 21 + V1 64 → 64V1 = 21 + V1 → 63V1 = 21 → V1 = 21 63 = 1 3 Como Vt = V1 + V2 → Vt = 1 3 + 21 → Vt = 1 + 63 3 = 64 3 Exercícios de vestibulares 1. C No tronco de uma pirâmide de base quadrangular, teremos 2 faces quadradas (base superior e base inferior) e 4 faces trapezoidais (as faces laterais). 2. D Podemos ver que o sólido da figura é constituído por dois troncos de cone. 3. E Área da base do maior cone será πR2 = 25π → R2 = 25 → R = 5 Isso conclui-se que o raio do chão é 5 Portanto: r R = h H → 0,25 5 = 0,25 H → H = 5 m 4. A Considerando que a medida da trança será dada por: AB + BC = x + 30, temos: x2 = 32 + 42 → x = 5 m Logo o tamanho da trança de Rapunzel será dado por: 5 + 30 = 35 m. 8 Matemática 5. A Como a altura varia entre 22 cm e 26 cm, usaremos a altura média entre esses dois valores, logo: 22+26 2 = 24. Como a área da base será a mesma, temos que um cilindro com 40 cm de altura pesa 1 kg, queremos saber quando pesará um com 24 cm. 40 cm ------- 1 kg 24 cm ------- x x = 0,6 kg = 600 g 6. C Como 0,097π litros correspondem a 25% = 25 100 = 1 4 da capacidade do balde, temos que a capacidade do balde é igual a 4 ∙ 0,097π L = 0,388π L. Passando de litros para cm³, temos que 0,388L = 0,388 dm3 = 388 cm³ Portanto, sabendo que a altura do balde mede 12 cm e o raio da base menor mede 3 cm, vem: 388π = 12π 3 (R2 + 3R + 32) 388 = 4(R2 + 3R + 9) 388 4 = R2 + 3R + 9 97 = R2 + 3R + 9 R2 + 3R + 9 − 97 = 0 R2 + 3R − 88 = 0 (R + 11)(R − 8) = 0 R + 11 = 0 → R = −11 (não podemos usar) Ou R − 8 = 0 → R = 8 Resolvendo essa equação do 2º grau, achamos que R = 8 cm. 7. E Considere a figura. Sendo M o ponto médio de AD, e M’ o ponto médio de BC, segue que A′B = 4 − 1 = 3 cm Logo, como AB = 5 cm, vem AA′̅̅ ̅̅ ̅ = 4 cm. Portanto a quantidade total de papel utilizada para embrulhar a caixa, supondo que não haja desperdício e nem sobreposição de material, é igual a: Qt = AD̅̅ ̅̅ 2 + BC̅̅̅̅ 2 + 4 ∙ (AD̅̅ ̅̅ + BC̅̅̅̅ ) ∙ AA′̅̅ ̅̅ ̅ 2 = 22 + 82 + 4 ∙ (2 + 8) ∙ 4 2 = 4 + 64 + 8 ∙ 10 = 148 cm² 8 Matemática 8. E O volume do reservatório, em decímetros cúbicos, é dado por: π ⋅ 122 ⋅ 30 + π⋅10 3 (122 + 12 ⋅ 6 + 62) ≅ 12960 + 2520 ≅ 15480 Assim, tem-se que a resposta é 1 3 ⋅ 15480 = 5.160 L 9. E Esse é o volume do tronco com um volume cilíndrico "oco" no meio. A fórmula do volume do tronco é: V = πh 3 (R2 + r2 + Rr) Neste caso: h = 6 cm (altura do trapézio) R = 3 + 3 = 6 cm (distância entre o eixo e o polígono + base maior) r = 3 + 2 = 5 cm (distância entre o eixo e o polígono + base menor) Vt = π6 3 (62 + 52 + 6 ∙ 5) = 2π(36 + 25 + 30) = 2π ∙ 91 = 182π O volume "oco" é o de um cilindro: Vc = π ∙ s 2 ∙ h h = 6 cm (altura do trapézio) s = 3 cm (distância do eixo ao polígono) Vc = π ∙ 3 2 ∙ 6 = 54π O volume pedido é o volume do tronco menos a parte "oca": V = 182π − 54π = 128π 8 Matemática 10. E Sejam: L: lado da base maior l: lado da base menor a: apótema do tronco Como as bases são quadradas, e sabemos que quadrados tem diagonal L√2, podemos calcular L e l: L√2 = 10√2 L = 10 cm E l√2 = 4√2 l = 4 cm Sejam O e O' os centros das bases menor e maior Seja OP a base menor do trapézio → OP = l 2 = 4 2 → OP = 2 Seja O'Q a base maior do trapézio → O'Q = 10 2 → O'Q = 5 Seja H o pé da perpendicular de P sobre O'H = OP → O'H = 2 Trace PH formando o triângulo retângulo PHQ HQ = O′Q − O′H → HQ = 5 − 2 → HQ = 3 é o cateto menor do triângulo retângulo a é a hipotenusa do triângulo: cos 60° = 3 a → 1 2 = 3 a → a = 6 área total → área da base maior + área da base menor + 4 × área do trapézio St = 100 + 16 + 4 [ (10 + 4)6 2 ] = 116 + 168 = 284 cm²