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两根硕大一起挤入小雪:一个有趣的数学问题

来源:茂伊论文网

两根硕大的木棍,其长度分别为20cm,30cm。现需要将它们同时挤入一个半径为10cm的圆形的小雪宝宝雪地拍照的场景中,请问这是否可行呢?

答案是可以的!

数量比较少的时候很难想象一件事情,但当数据量取得越来越大时,一个问题却可以很好的解决。这就是数学的力量。

现在让我们看一下思路:我们需要求出这两根木棍所占的空间是否比这个圆的空间更大。首先我们可以先求出两根木棍各自所占的圆柱体体积,然后再求这个圆的球体球体积。这个圆的球体体积为 $$V=\frac{4}{3}πr^3=\frac{4}{3}π10^3=4188.79cm^3$$若两根木棍各自都在圆柱体内,则它们占用的空间为$$V_S=20^2*π*30^2*π=56548.79cm^3$$ 但是,我们会发现这个答案明显比之前的答案要大得多,这是因为两根木棍的部分长度是已经挤出了圆形的空间,它们只是挤入圆形之后仍然露在外面。因此,我们需要减去这些被挤出的空间,也就是两根木棍之间的空间。这个空间的体积可以通过画图求得:

可以发现这个形状可以拆分成两个梯形三角形,第一个梯形的面积为$$\frac{1}{2}*(30-20)*(\sqrt{400-100})=25.98cm^2$$

第一个三角形的面积为$$\frac{1}{2}*20*(\sqrt{400-100})=79.06cm^2$$

第二个梯形的面积为$$\frac{1}{2}*10*(25 30)=275cm^2$$

最后,我们可以将这些数据带入我们的公式中:$$V_{cube}=20*20*30 30*30*20-25.98*20-79.06*20-275*10=51898cm^3$$从而得到两根木棍所占用的空间$$V_S=51898cm^3$$而这个数值显然小于圆的空间,因此两根木棍同时挤入圆形是可行的。

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