Cesgranrio Petrobras 2017 Matemática · Áreas e volumes
Questão 17
A Figura a seguir mostra um cilindro reto, um cone reto e uma esfera que tangencia a base do cilindro e as geratrizes do cilindro e do cone. O cone e o cilindro têm como base um círculo de raio 7 cm e a mesma altura que mede 24 cm.

Qual o volume, em centímetros cúbicos, da região interior ao cilindro e exterior à esfera e ao cone?
Resolução comentada
Situar o problema antes de calcular.
Assunto
Geometria espacial — volume por diferença, com o raio da esfera achado pela tangência no corte.
Objetivo
Conceitos para revisar
Cilindro e cone
Mesma base, raio 7, e mesma altura, 24. O cone é um terço do cilindro.
O raio da esfera pelo corte
No corte pelo eixo, a esfera é um círculo de raio ρ encostado no fundo e na parede do cilindro, com centro a ρ da parede e a ρ do fundo. A geratriz do cone sai do vértice, no centro da base, e a distância do centro do círculo a ela também é ρ.
Volume pedido
Cilindro menos cone menos esfera.
Preparar o terreno antes de calcular.
A figura da prova
Um cilindro em pé. Dentro dele, um cone invertido, com a base coincidindo com a tampa do cilindro e o vértice no centro do fundo. No canto inferior esquerdo, entre a parede do cilindro, o fundo e a geratriz do cone, uma esfera pequena encostada nos três.
Dados
| Grandeza | Valor |
|---|---|
| Raio da base | 7 cm |
| Altura | 24 cm, cilindro e cone |
| Esfera | tangente à base e às geratrizes do cilindro e do cone |
| Pergunta | volume dentro do cilindro, fora do cone e da esfera |
Conversões
Nenhuma: centímetros.
Estratégia
- Calcule cilindro e cone.
- Ache o raio da esfera pelo corte: distância do centro à geratriz.
- Subtraia cone e esfera do cilindro.
Agora sim, calcular.
Passos lógicos
A resolução tem 4 passos. Revele um de cada vez e, antes de abrir cada um, tente prever a linha de raciocínio.
Cilindro e cone
Cone é um terço.
Raio da esfera
Centro em (7 − ρ, ρ), a ρ da reta 24x − 7y = 0.
Esfera
Volume.
Responder
Diferença.
Resposta
Acelerar, conferir e escapar da armadilha.
Como resolver rápido
A diferença é a conta. O atalho está no raio: o triângulo 7, 24, 25 é pitagórico, e a esfera é a inscrita no triângulo de catetos 7 e 24 rebatido, com raio (7 + 24 − 25)/2 = 3.
1Raio da esfera pelo triângulo 7-24-25
No corte, o círculo é o inscrito no triângulo retângulo de catetos 7 e 24: \(r = (7 + 24 - 25)/2 = 3\). Atalho mental, se você conhece a fórmula do inraio.
Avaliar a coerência
1Teto: cilindro menos cone é 784π, e ainda sai a esfera
Atalho mental. Elimina (A) e (B).
2A esfera é pequena, raio 3, e tira só 36π
\(784\pi - 36\pi = 748\pi\). Elimina (D) e (E), que tirariam 100π e 136π. Confirma (C).
Cuidado com a pegadinha
Esquecer a esfera
Quem faz cilindro menos cone, chega a 784π e marca (B).
A banca pôs 784π na lista. A esfera é pequena e fica no canto da figura, mas a pergunta a exclui também.
AntídotoReleia o que se exclui: cone e esfera. A esfera exige o corte e o raio.