My Glass Is Bigger

 

两个玻璃杯

坦雅和廷库为一些小事争个高低

坦雅和廷库是好朋友,但他们经常为一些小事互相较劲。今天,他们各自用一个形状近似圆台的玻璃杯喝水,突然发生了下面的争论。

廷库:我的杯子比你的大。

坦雅:你是什么意思?我只看出你的杯子比较高。

廷库:我的杯子能装更多的水。

坦雅:不,它不能。

廷库:既然你这么肯定,为什么不量一量呢?这是我的几何工具盒。

怎样测量哪个杯子更大?

坦雅:好,我们来测量。把我的杯子叫作1号杯,你的叫作2号杯。你准备量什么?

两个杯子的尺寸

廷库:1号杯顶部的内径是8厘米,底部的内径是6厘米,高9厘米。

坦雅:我画了一个梯形ABCD,表示1号杯的侧视图。梯形的上底AB长8厘米,下底CD长6厘米。我把AB和CD的中点E、F连接起来,得到EF=9厘米。

廷库:现在画2号杯的梯形ABCD,上底AB为7厘米,下底CD为5厘米,EF为10.5厘米。看吧,2号杯更高。好啦,聪明的姑娘,下一步怎么办?

圆锥的体积

坦雅:很简单。假设我们延长1号杯两侧的斜边,它们会在某一点G相交。这样就形成两个圆锥:大圆锥的底面直径是8厘米,小圆锥的底面直径是6厘米。1号杯的容积就是大圆锥的体积减去小圆锥的体积。

延长杯壁形成圆锥

廷库:你真聪明,坦雅。圆锥的体积公式是πr2h/3,其中r是圆锥底面的半径,也就是我们测得直径的一半。可是,两个圆锥的高度怎么求呢?我猜你一定还有妙招。

坦雅:当然,这个妙招就是相似三角形。

把玻璃杯看作圆锥的一部分来计算体积

廷库:明白了!对于1号杯,三角形AEG和CFG相似,因为∠AEG和∠CFG都是直角,而∠AGE和∠CGF是同一个角。因此,它们的对应边成比例。对,这个方法行得通!

相似三角形计算示意图

坦雅:对。设FG的长度为x厘米。已知AE=4厘米,CF=3厘米,EF=9厘米,因此EG=9+x厘米。

廷库:所以(9+x)/x=4/3,即27+3x=4x,得x=27厘米,这就是FG的长度。因此EG=27+9=36厘米。也就是说,大圆锥的半径为4厘米、高36厘米;小圆锥的半径为3厘米、高27厘米。现在就可以用πr2h/3分别算出它们的体积啦!

圆锥体积计算示意图

坦雅:大圆锥的体积是π×42×36/3,约为604厘米3,也就是604毫升。小圆锥的体积是π×32×27/3,约为255厘米3,也就是255毫升。因此,1号杯的容积约为604-255=349毫升。

廷库:那么,对于2号杯,大圆锥的体积是π×3.52×36.75/3,约为472毫升;小圆锥的体积是π×2.52×26.25/3,约为172毫升。所以2号杯只能装大约472-172=300毫升的水。

这时,他们的朋友凯特莉走了进来。她喜欢拿这两个人互不服气的样子开玩笑,便问他们在做什么。

坦雅:廷库一直说他的杯子比我的大。我们测量并计算后,发现我的杯子更大。

凯特莉把1号杯装满水,再把水倒进2号杯。2号杯装满后,1号杯里还剩下一些水。她说:何必费这么大劲去测量?我刚才不就证明哪个杯子更大了吗?

坦雅和廷库异口同声地喊道:可是大多少呢?你可没有证明这一点!

挑战题:Chana joar garam(印度香料烤鹰嘴豆)

在印度,街头经常可以买到一种叫作Chana joar garam的香料烤黑鹰嘴豆。阿普·帕特尔决定用小圆锥形纸袋来卖这种小吃。购买这种调味鹰嘴豆的成本是每千克50卢比。他可以花20卢比买到100个小圆锥形纸袋,每个纸袋的底面半径为2厘米,高24厘米。如果每袋卖10卢比,假设这种小吃的密度约为1克/毫升,那么每卖出一袋,他能赚多少利润?

解答:圆锥的半径为2厘米,高为24厘米。因此,体积为π×22×24/3≈100.65厘米3,即100.65毫升。由于密度为1克/毫升,装满一袋需要约100.65克,取近似值100克。每千克成本50卢比,所以100克的成本为50×100/1000=5卢比。每个纸袋的成本为20/100=0.20卢比。因此,每袋的总成本为5.20卢比。售价为10卢比,利润就是10-5.20=4.80卢比。

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