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Volumen de un cofre: medio cilindro y prisma con ecuación cuadrática

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Página 141 de Colección Nanahuatzin. Saberes y pensamiento científico.   Libro de Educación Telesecundaria Grado 3°  Ciclo Escolar 2025 - 2026
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d \approx 10 \, \text{cm} (la solución negativa d_2 \approx -40.57 se descarta).

matematica ⭐⭐⭐ Dificultad 3/5 ⏱ 4 min lectura

Solución — Página 141

Colección Nanahuatzin. Saberes y pensamiento científico. Libro de Educación Telesecundaria Grado 3° Ciclo Escolar 2025 - 2026

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Ejercicio 1

Determinar la medida faltante d (lado del prisma y diámetro del medio cilindro) de un cofre, sabiendo que su volumen total es 2548.3 \, \text{cm}^{3} y su altura es 16 \, \text{cm}, donde el cofre se modela como medio cilindro más un prisma.

  1. El cofre se ve como la suma de medio cilindro y un prisma. La medida faltante d es un lado del prisma y a la vez el diámetro del medio cilindro:

V = \frac{1}{2}V_c + V_p

  1. Volumen del cilindro completo, con altura 16 \, \text{cm}:

V_c = b_c \times a = \pi\left(\frac{d}{2}\right)^{2}(16) = 16\frac{\pi}{4}d^{2} = 12.56d^{2}

  1. Volumen del prisma (base 12d y altura 16):

V_p = b_p \times h = 12d \times 16 = 192d

  1. Se remplazan ambas expresiones en el volumen del sólido:

V = \frac{1}{2}(12.56d^{2}) + 192d = 6.28d^{2} + 192d

  1. Al igualar con el volumen total se obtiene una ecuación cuadrática:

2548.3 = 6.28d^{2} + 192d \rightarrow 6.28d^{2} + 192d - 2548.3 = 0

  1. Se aplica la fórmula general:

d = \frac{-192 \pm \sqrt{(192)^{2} - 4(6.28)(-2548.3)}}{2(6.28)} = \frac{-192 \pm \sqrt{100877.296}}{12.56}

  1. Se obtienen dos soluciones: d_1 \approx 10 y d_2 \approx -40.57. Como la longitud no puede ser negativa, se toma el valor positivo.
Respuesta

La medida faltante del cofre es aproximadamente 10 \, \text{cm}.

Contenido de la página

Volumen de un cofre (medio cilindro + prisma)

El cofre se puede ver como un sólido geométrico que consta de medio cilindro y un prisma. La medida faltante corresponde a uno de los lados del prisma, que es a su vez el diámetro del medio cilindro.

Se inicia con el planteamiento del volumen del sólido como la suma de sus partes:

V=\frac{1}{2}V_c+V_p

En la expresión, V_c es el volumen del cilindro completo y V_p es el volumen del prisma.

Luego, se plantea el volumen del cilindro, teniendo en cuenta que su altura es 16 cm:

V_c = \pi\left(\frac{d}{2}\right)^{2}(16) = 16\frac{\pi}{4}d^{2} = 12.56d^{2}

Después, se plantea el volumen del prisma:

V_p = 12d \times 16 = 192d

Se remplazan los resultados en la expresión del volumen del sólido:

V = \frac{1}{2}(12.56d^{2}) + 192d = 6.28d^{2} + 192d

Al remplazar el valor del volumen total se obtiene una ecuación cuadrática:

2548.3 = 6.28d^{2} + 192d \rightarrow 6.28d^{2} + 192d - 2548.3 = 0

Para su solución se aplica la fórmula general. Se obtienen dos resultados d_1 = 10 y d_2 = -40.57; tomando el valor positivo, la medida que falta del cofre es de aproximadamente 10 cm.

Ejemplos resueltos

Un cofre con volumen total de 2548.3 cm³ y altura de 16 cm está formado por medio cilindro y prisma. Hallar el diámetro d faltante.

Planteando V = 6.28d² + 192d = 2548.3 se obtiene 6.28d² + 192d − 2548.3 = 0. Aplicando la fórmula general, d = (−192 ± √100877.296)/12.56, lo que da d₁ ≈ 10 y d₂ ≈ −40.57. Se toma d ≈ 10 cm.

Fórmulas y ecuaciones

V_{cilindro}=\pi r^{2}h

V_{prisma}=B\cdot h

d=\frac{-b\pm\sqrt{b^{2}-4ac}}{2a}

V=\frac{1}{2}V_c+V_p

V_c=\pi\left(@@MATH_0@@\right)^{2}(16)=12.56d^{2}

V_p=12d\times16=192d

V=6.28d^{2}+192d

6.28d^{2}+192d-2548.3=0

d=\frac{-192\pm\sqrt{192^{2}-4(6.28)(-2548.3)}}{2(6.28)}

Glosario (4)

Medio cilindro
Mitad de un cilindro, obtenida al cortarlo por un plano que pasa por su eje; su volumen es la mitad del cilindro completo.
Prisma
Sólido con dos bases poligonales congruentes y paralelas, y caras laterales rectangulares.
Ecuación cuadrática
Ecuación de la forma ax² + bx + c = 0, con a ≠ 0, que se resuelve con la fórmula general.
Fórmula general
Expresión x = (−b ± √(b² − 4ac)) / (2a) que da las soluciones de una ecuación cuadrática.

Temas y conceptos clave

Volumen de sólidos compuestosEcuación cuadráticaFórmula general de segundo gradomedio cilindroprisma rectangulardiámetroalturavolumen totalfórmula generalsolución negativa descartada
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📌 Antes de leer esto
  • • Fórmula del volumen de un cilindro
  • • Fórmula del volumen de un prisma
  • • Resolución de ecuaciones cuadráticas con la fórmula general
  • • Interpretación de soluciones negativas en contextos físicos
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Problemas de superficie y volumen de sólidos compuestos con ecuaciones de segundo grado
📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 1345 caracteres

El cofre se puede ver como un sólido geométrico que consta de medio cilindro y un prisma. La medida faltante corresponde a uno de los lados del prisma, que es a su vez el diámetro del medio cilindro.

Se inicia con el planteamiento del volumen del sólido como la suma de sus partes:

V=\frac{1}{2}V_c+V_p

En la expresión,V_{\mathfrak{c}} es el volumen del cilindro completo y V_{P} es el volumen del prisma.

Luego, se plantea el volumen del cilindro, teniendo en cuenta que su altura es 16 cm:

V_{c}=b_{c}\times a=\pi\left(\frac{d}{2}\right)^{2}(16)=16\frac{\pi}{4}d^{2}=12.56d^{2}

Después, se plantea el volumen del prisma:

V_{p}=b_{p}\times b=12d\times16=192d

Se remplazan los resultados en la expresión del volumen del sólido:

V=\frac{1}{2}V_{c}+V_{p}=\frac{1}{2}12.56d^{2}+192d=6.28d^{2}+192d

Al remplazar el valor del volumen total se obtiene una ecuación cuadrática:

2548.3=6.28d^{2}+192d\rightarrow6.28d^{2}+192d-2548.3=0

Para su solución se aplica la fórmula general:

d=\frac{-192\pm\sqrt{(192)^{2}-4(6.28)(-2548.3)}}{2(6.28)}

d=\frac{-192\pm\sqrt{100877.296}}{12.56}\approx10

Si se desarrolla la ecuación, se obtienen dos resultados d_{1}=10\ y d_{2}=-40.57 , si se toma el valor positivo de la incógnita, la medida que falta del cofre es de aproximadamente 10 cm.

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