Libro Conos

Sitio: MATEMÁTICAS × Profe Arauco
Curso: Media 1
Libro: Libro Conos
Imprimido por: Invitado
Día: jueves, 23 de julio de 2026, 20:03

1. Descubriendo el cono: forma, volumen y relación con el cilindro

Descubriendo el cono: forma, volumen y relación con el cilindro

¿Qué es un cono?

Definición de un cono

Un cono es un cuerpo geométrico tridimensional que se forma al girar un triángulo rectángulo alrededor de uno de sus catetos. El cateto sobre el cual gira se llama altura \(h\), el otro cateto forma el radio \(r\) de la base circular, y la hipotenusa del triángulo se conoce como la generatriz \(g\).

Relación entre el volumen de un cono y un cilindro

Una idea para experimentar

¿Sabías que el volumen de un cono está directamente relacionado con el de un cilindro? Para descubrirlo, necesitarás un cono y un cilindro que tengan la misma altura y el mismo radio en su base. Llena el cono con arena, arroz o agua, y vierte el contenido en el cilindro. Repite el proceso hasta que el cilindro esté completamente lleno.

Preguntas para reflexionar:

  • ¿Cuántas veces tuviste que llenar el cono para llenar el cilindro?
  • ¿Qué relación matemática puedes deducir entre el volumen del cono y el del cilindro?

Volumen del cono y del cilindro

Si realizaste el experimento, habrás notado que se necesitan tres conos para llenar el cilindro. Esto nos lleva a una conclusión fundamental:

\[ V_{\text{cono}}=\frac{1}{3}V_{\text{cilindro}} \]

Esto es válido siempre que el cono y el cilindro compartan la misma base y altura.

Como el volumen del cilindro es \(V_{\text{cilindro}}=\pi r^2h\), entonces:

\[ V_{\text{cono}}=\frac{1}{3}\pi r^2h \]

Estimando el volumen del cono

Conociendo esta relación, podemos estimar el volumen de cualquier cono si conocemos el volumen del cilindro correspondiente, con igual base y altura.

Ejercicios de estimación

Resuelve los siguientes problemas de estimación de volumen. Haz clic en el botón para revelar la solución de cada uno.

Ejercicio 1

Un cilindro tiene un volumen de \(90\ \text{cm}^3\). Estima el volumen del cono.

Ejercicio 2

Un cilindro tiene un volumen de \(150\ \text{cm}^3\). Estima el volumen del cono.

Ejercicio 3

El volumen de un cilindro es \(45\ \text{cm}^3\). ¿Cuál es el volumen del cono?

Ejercicio 4

Un cilindro contiene \(120\ \text{cm}^3\). Estima el volumen del cono.

Ejercicio 5

Para un cilindro de \(300\ \text{cm}^3\), estima el volumen del cono.

Ejercicio 6

Un cono tiene un volumen de \(20\ \text{cm}^3\). Calcula el volumen del cilindro correspondiente.

Ejercicio 7

El volumen de un cono es \(75\ \text{cm}^3\). Halla el volumen del cilindro.

Ejercicio 8

Si el cono mide \(30\ \text{cm}^3\), ¿cuál sería el volumen del cilindro?

Ejercicio 9

Un cono tiene un volumen de \(110\ \text{cm}^3\). Calcula el volumen del cilindro correspondiente.

2. Calculando el volumen del cono: la fórmula

Idea clave: la conexión entre el cono y el cilindro

En la página anterior, vimos que se necesitan tres conos de arena para llenar un cilindro que tenga la misma base y altura. Esto no es una coincidencia. La matemática formaliza esta relación y nos da una herramienta poderosa para no tener que experimentar cada vez.

Deduciendo la fórmula del volumen del cono

Recordemos que el volumen de un cilindro se calcula con la fórmula:

\[ V_{\text{cilindro}}=\pi r^2h \]

Como nuestra experimentación sugirió, el volumen del cono es un tercio del volumen del cilindro con la misma base y altura. Por lo tanto:

Fórmula del volumen del cono

La fórmula para calcular el volumen de un cono es:

\[ V_{\text{cono}}=\frac{1}{3}\pi r^2h \]

Donde:

  • \(V_{\text{cono}}\) representa el volumen del cono.
  • \(\pi\) es la constante matemática que vale aproximadamente \(3{,}14159\ldots\).
  • \(r\) es el radio de la base circular del cono.
  • \(h\) es la altura del cono, es decir, la distancia perpendicular desde el vértice a la base.

Una mirada más profunda a la fórmula

El término \(\pi r^2\) corresponde al área de la base circular del cono. Por eso, la fórmula también puede leerse como:

\[ V_{\text{cono}}=\frac{1}{3}\cdot \text{área de la base}\cdot \text{altura} \]

Esta forma ayuda a entender de dónde viene la fórmula y no solo a memorizarla.

Ejemplos y ejercicios de práctica

Nivel 1 – Cálculo directo de volumen

Ejemplo 1

Calcula el volumen de un cono con radio \(r=5\text{ cm}\) y altura \(h=12\text{ cm}\).

Solución:

Usamos la fórmula del volumen del cono:

\[ V_{\text{cono}}=\frac{1}{3}\pi r^2h \]

Sustituimos \(r=5\text{ cm}\) y \(h=12\text{ cm}\):

\[ V_{\text{cono}}=\frac{1}{3}\pi(5)^2(12) \]

\[ V_{\text{cono}}=\frac{1}{3}\pi(25)(12)=100\pi\text{ cm}^3 \]

Aproximando \(\pi\) a \(3{,}14\):

\[ V_{\text{cono}}\approx 100\cdot 3{,}14=314\text{ cm}^3 \]

Respuesta: El volumen del cono es \(100\pi\text{ cm}^3\), aproximadamente \(314\text{ cm}^3\).

Ejemplo 2

Un cono tiene una altura de \(8\text{ cm}\) y un volumen de \(96\pi\text{ cm}^3\). Calcula el radio de la base del cono.

Solución:

Partimos de la fórmula del volumen:

\[ V_{\text{cono}}=\frac{1}{3}\pi r^2h \]

Sustituimos \(V_{\text{cono}}=96\pi\text{ cm}^3\) y \(h=8\text{ cm}\):

\[ 96\pi=\frac{1}{3}\pi r^2(8) \]

Dividimos por \(\pi\):

\[ 96=\frac{8}{3}r^2 \]

Despejamos \(r^2\):

\[ r^2=\frac{96\cdot 3}{8}=36 \]

Finalmente:

\[ r=\sqrt{36}=6\text{ cm} \]

Respuesta: El radio de la base del cono es \(6\text{ cm}\).

Nivel 1 – Ejercicio 1

Calcula el volumen de un cono con radio \(r=4\text{ cm}\) y altura \(h=9\text{ cm}\).

Nivel 1 – Ejercicio 2

Calcula el volumen de un cono con radio \(r=6\text{ cm}\) y altura \(h=10\text{ cm}\).

Nivel 1 – Ejercicio 3

Calcula el volumen de un cono con radio \(r=3\text{ cm}\) y altura \(h=7\text{ cm}\).

Nivel 1 – Ejercicio 4

Calcula el volumen de un cono con radio \(r=2{,}5\text{ cm}\) y altura \(h=6\text{ cm}\).

Nivel 2 – Cálculo de elementos del cono

Ejemplo adicional

Un cono tiene un volumen de \(V=12\pi\text{ cm}^3\) y el diámetro de su base es \(d=6\text{ cm}\). ¿Cuál es su altura?

Solución:

Primero hallamos el radio:

\[ r=\frac{d}{2}=\frac{6}{2}=3\text{ cm} \]

Ahora usamos la fórmula del volumen:

\[ V=\frac{1}{3}\pi r^2h \]

Sustituimos los datos:

\[ 12\pi=\frac{1}{3}\pi(3)^2h \]

\[ 12\pi=3\pi h \]

Dividimos por \(3\pi\):

\[ h=\frac{12\pi}{3\pi}=4\text{ cm} \]

Respuesta: La altura del cono es \(4\text{ cm}\).

Nivel 2 – Ejercicio 5

Un cono tiene una altura de \(h=15\text{ cm}\) y un volumen de \(V=125\pi\text{ cm}^3\). Calcula el radio de la base.

Nivel 2 – Ejercicio 6

Un cono tiene un volumen de \(V=36\pi\text{ cm}^3\) y una altura \(h=9\text{ cm}\). Encuentra el radio de la base.

Nivel 2 – Ejercicio 7

Un cono tiene un volumen de \(V=100\pi\text{ cm}^3\) y un radio \(r=5\text{ cm}\). Encuentra su altura.

Nivel 2 – Ejercicio 8

El volumen de un cono es \(V=48\pi\text{ cm}^3\) y su altura \(h=4\text{ cm}\). Calcula el diámetro de la base.

Nivel 3 – Más relaciones internas

Ejemplo adicional

El volumen de un cono es \(V=18\pi\text{ cm}^3\). Si se sabe que su altura es el doble de su radio, es decir, \(h=2r\), ¿cuáles son las medidas del radio y la altura?

Solución:

Sustituimos \(h=2r\) en la fórmula del volumen:

\[ V=\frac{1}{3}\pi r^2h \]

\[ 18\pi=\frac{1}{3}\pi r^2(2r) \]

\[ 18\pi=\frac{2}{3}\pi r^3 \]

Despejamos \(r^3\):

\[ r^3=\frac{18\pi\cdot 3}{2\pi}=27 \]

\[ r=\sqrt[3]{27}=3\text{ cm} \]

Luego:

\[ h=2r=2\cdot 3=6\text{ cm} \]

Respuesta: El radio del cono es \(3\text{ cm}\) y su altura es \(6\text{ cm}\).

Nivel 3 – Ejercicio 9

Un cono tiene una altura \(h=8\text{ cm}\) y su base tiene un área \(A_b=9\pi\text{ cm}^2\). Calcula su volumen.

Nivel 3 – Ejercicio 10

Calcula el volumen de un cono si su altura es el doble de su radio y \(r=6\text{ cm}\).

Nivel 3 – Ejercicio 11

Un cono tiene una base de área \(A_b=16\pi\text{ cm}^2\) y una altura igual a la mitad del diámetro de la base. Encuentra su volumen.

Nivel 4 – Usando la generatriz

Cuidado con la generatriz

En algunos problemas se entrega la generatriz \(g\) en lugar de la altura \(h\). Recuerda que la generatriz corresponde a la hipotenusa del triángulo rectángulo que se forma con el radio, la altura y la generatriz del cono. No la confundas con la altura.

Cuando conozcas \(g\) y \(r\), puedes usar:

\[ h=\sqrt{g^2-r^2} \]

Ejemplo adicional

Calcula el volumen de un cono que tiene una altura \(h=8\text{ cm}\) y una generatriz \(g=10\text{ cm}\).

Solución:

Como conocemos la altura y la generatriz, primero encontramos el radio usando el Teorema de Pitágoras:

\[ g^2=r^2+h^2 \]

\[ r=\sqrt{g^2-h^2}=\sqrt{10^2-8^2}=\sqrt{100-64}=\sqrt{36}=6\text{ cm} \]

Ahora calculamos el volumen:

\[ \begin{aligned} V&=\frac{1}{3}\pi r^2h\\ &=\frac{1}{3}\pi(6)^2(8)\\ &=96\pi\text{ cm}^3\\ &\approx 301{,}59\text{ cm}^3 \end{aligned} \]

Respuesta: El volumen del cono es \(96\pi\text{ cm}^3\), aproximadamente \(301{,}59\text{ cm}^3\).

Nivel 4 – Ejercicio 12

Calcula el volumen de un cono cuyo radio es \(r=4\text{ cm}\) y cuya generatriz es \(g=5\text{ cm}\).

Nivel 4 – Ejercicio 13

Un cono tiene un radio \(r=6\text{ cm}\) y una generatriz \(g=10\text{ cm}\). Calcula su volumen.

Nivel 4 – Ejercicio 14

Un cono tiene una generatriz \(g=13\text{ cm}\) y un radio \(r=5\text{ cm}\). Determina su volumen.

¿Dónde vemos conos en el mundo real?

La fórmula del volumen del cono no es solo para el colegio. Se usa en ingeniería, diseño y estimaciones cotidianas. Por ejemplo, para:

  • calcular la cantidad de material en un montón de grava o arena;
  • diseñar embudos y boquillas;
  • estimar el volumen de estructuras con forma cónica;
  • calcular cuánto helado cabe en un barquillo.

3. Desplegando el Cono: Su Red y el Cálculo del Área

Desplegando el cono: su red y cálculo de área

Idea clave: desarmando el cono

Imagina que podemos tomar un cono de papel, como un gorro de cumpleaños, y desarmarlo. Si lo cortamos por su lado inclinado, llamado generatriz, y lo aplanamos, obtenemos su red.

La red del cono permite observar todas sus superficies en dos dimensiones y es la clave para calcular su área.

La red del cono se compone de dos figuras conocidas:

  • Un círculo, que corresponde a la base.
  • Un sector circular, que corresponde a la superficie lateral.

Representación esquemática de la red del cono

Al desplegar un cono se obtiene un sector circular y un círculo. El radio del círculo es \(r\), mientras que el radio del sector circular corresponde a la generatriz \(g\).

Red de un cono Red formada por un sector circular lateral y una base circular. g arco = 2πr Superficie lateral sector circular r Base círculo de radio r

La longitud del arco del sector circular coincide con el perímetro de la base del cono, es decir, \(2\pi r\).

Fórmulas del área del cono

Para calcular el área total de un cono, se suman el área de la base y el área lateral.

  1. Área de la base: corresponde al área del círculo. \[ A_B = \pi r^2 \]
  2. Área lateral: corresponde al área del sector circular. \[ A_L = \pi r g \]
  3. Área total: corresponde a la suma de las dos áreas anteriores. \[ A_T = A_B + A_L \] \[ A_T = \pi r^2 + \pi r g \]

Un atajo útil

En la fórmula del área total, ambos términos tienen el factor común \(\pi r\):

\[ A_T = \pi r^2 + \pi r g \]

Al factorizar, se obtiene:

\[ A_T = \pi r(r+g) \]

Esta forma suele ahorrar tiempo, porque se multiplica por \(\pi\) una sola vez.

Atención: área y superficie

Cuando el enunciado pide calcular o determinar el área, se refiere a encontrar una medida numérica en unidades cuadradas, como cm², m², mm² o km².

  • “Calcula el área total del cono”.
  • “Determina el área de su superficie lateral”.

En cambio, se usa la palabra superficie para describir la “piel” del sólido, sin necesariamente pedir un valor numérico.

  • “La superficie del cono está formada por un sector circular al desplegarla”.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: área total con radio y generatriz

Calcula el área total de un cono con radio \(4\) cm y generatriz \(10\) cm.

Usamos la fórmula:

\[ A_T = \pi r(r+g) \]

Sustituimos \(r=4\) y \(g=10\):

\[ A_T = \pi(4)(4+10) \] \[ A_T = 4\pi \cdot 14 \] \[ A_T = 56\pi \text{ cm}^2 \]

Respuesta: el área total del cono es \(56\pi\text{ cm}^2\), aproximadamente \(175{,}93\text{ cm}^2\).

Ejemplo 2: área total con área de la base conocida

Se tiene un cono cuya área de base es \(9\pi\text{ cm}^2\) y cuya generatriz mide \(8\) cm. Calcula el área total del cono.

Primero encontramos el radio usando el área de la base:

\[ A_B = \pi r^2 \] \[ 9\pi = \pi r^2 \]

Dividimos por \(\pi\):

\[ 9 = r^2 \] \[ r = 3 \]

Entonces, el radio mide \(3\) cm.

Ahora calculamos el área lateral:

\[ A_L = \pi r g \] \[ A_L = \pi(3)(8) \] \[ A_L = 24\pi \text{ cm}^2 \]

Sumamos el área de la base y el área lateral:

\[ A_T = A_B + A_L \] \[ A_T = 9\pi + 24\pi \] \[ A_T = 33\pi \text{ cm}^2 \]

Respuesta: el área total del cono es \(33\pi\text{ cm}^2\), aproximadamente \(103{,}67\text{ cm}^2\).

Ejercicios de práctica

Cuidado: altura y generatriz no son lo mismo

Lee siempre con atención si el problema entrega la altura \(h\) o la generatriz \(g\).

Si conoces el radio y la altura, pero no la generatriz, debes usar el teorema de Pitágoras:

\[ g^2 = h^2 + r^2 \]
Nivel 1: cálculos básicos con generatriz conocida o calculable

Nivel 1 - Ejercicio 1

Calcula el área total de un cono de radio \(3\) cm y generatriz \(5\) cm.

Nivel 1 - Ejercicio 2

Calcula el área total de un cono de radio \(6\) cm y generatriz \(10\) cm.

Nivel 1 - Ejercicio 3

Calcula el área total de un cono de radio \(2\) cm y altura \(4\) cm.

Nivel 1 - Ejercicio 4

Calcula el área total de un cono de radio \(5\) cm y altura \(12\) cm.

4. Deducción de la Fórmula del Área Lateral del Cono Relación entre el Cono y su Red

Deducción de la fórmula del área lateral del cono

Idea clave: usar una regla de tres

Para encontrar el área de la cara lateral del cono, que al desplegarse corresponde a un sector circular, no necesitamos memorizar una fórmula sin comprenderla. Podemos deducirla usando una herramienta conocida: la regla de tres.

La idea es comparar el sector circular que forma la superficie lateral del cono con un círculo completo del mismo radio.

La relación entre el cono y su red

La superficie lateral de un cono se despliega como un sector circular. Las claves de esta relación son:

  • El radio del sector circular corresponde a la generatriz \(g\) del cono.
  • La longitud del arco del sector corresponde al perímetro de la base del cono, es decir, \(2\pi r\).

Representación esquemática

El siguiente esquema muestra el sector circular que se obtiene al desplegar la superficie lateral del cono.

Sector circular asociado a la red del cono Sector circular cuyo radio es la generatriz del cono y cuyo arco corresponde al perímetro de la base. \(g\) arco \(=2\pi r\) Superficie lateral del cono sector circular de radio \(g\)

Procedimiento: deducción paso a paso

Comparamos el sector circular con el círculo completo de radio \(g\).

En un círculo completo de radio \(g\):

\[ \text{Área del círculo completo}=\pi g^2 \] \[ \text{Perímetro del círculo completo}=2\pi g \]

Como el área de un sector circular es proporcional a la longitud de su arco, podemos plantear:

\[ \frac{\text{Área del sector}}{\text{Área del círculo completo}} = \frac{\text{Longitud del arco}}{\text{Perímetro del círculo completo}} \]

En el cono, el área del sector es el área lateral \(A_L\), y la longitud del arco es \(2\pi r\). Entonces:

\[ \frac{A_L}{\pi g^2} = \frac{2\pi r}{2\pi g} \]

Simplificamos la fracción de la derecha cancelando \(2\pi\):

\[ \frac{A_L}{\pi g^2} = \frac{r}{g} \]

Ahora despejamos \(A_L\), multiplicando ambos lados por \(\pi g^2\):

\[ A_L=\frac{r}{g}\cdot \pi g^2 \]

Simplificamos \(g^2:g=g\):

\[ A_L=\pi r g \]

Por lo tanto, la fórmula del área lateral del cono es:

\[ A_L=\pi r g \]

¿Por qué funciona esta proporción?

La proporción funciona porque el área de un sector circular depende directamente de la longitud de su arco.

Si el arco del sector fuera la mitad del perímetro del círculo completo, entonces el área del sector sería la mitad del área del círculo completo. Si el arco fuera la cuarta parte del perímetro, el área del sector sería la cuarta parte del área total.

En este caso, la fracción

\[ \frac{2\pi r}{2\pi g}=\frac{r}{g} \]

representa qué parte del círculo completo de radio \(g\) ocupa el sector circular que forma la superficie lateral del cono.

Área total del cono

Una vez deducida el área lateral, podemos encontrar el área total sumando el área de la base.

El área de la base es:

\[ A_B=\pi r^2 \]

Entonces, el área total es:

\[ A_T=A_L+A_B \] \[ A_T=\pi r g+\pi r^2 \]

Factorizando por \(\pi r\), también se puede escribir como:

\[ A_T=\pi r(g+r) \]

Ejemplo ilustrativo

Dado un cono con radio \(5\) cm y generatriz \(13\) cm, halla el área lateral y el área total.

1. Área lateral

Usamos la fórmula:

\[ A_L=\pi r g \]

Sustituimos \(r=5\) y \(g=13\):

\[ A_L=\pi(5)(13) \] \[ A_L=65\pi \text{ cm}^2 \]

Aproximadamente:

\[ 65\pi \approx 204{,}20 \]

Por lo tanto, el área lateral es \(65\pi\text{ cm}^2\), aproximadamente \(204{,}20\text{ cm}^2\).

2. Área total

Sumamos el área lateral y el área de la base:

\[ A_T=A_L+\pi r^2 \] \[ A_T=65\pi+\pi(5)^2 \] \[ A_T=65\pi+25\pi \] \[ A_T=90\pi \text{ cm}^2 \]

Aproximadamente:

\[ 90\pi \approx 282{,}74 \]

Respuesta: el área lateral es \(65\pi\text{ cm}^2\) y el área total es \(90\pi\text{ cm}^2\).

5. Calculando el área del cono: ejercicios

Área del cono: fórmulas, ejemplos y ejercicios

Repaso rápido de las fórmulas

  • Área lateral: \(A_L=\pi r g\)
  • Área de la base: \(A_B=\pi r^2\)
  • Área total: \(A_T=A_L+A_B=\pi r(g+r)\)

Recuerda: \(r\) es el radio de la base, \(g\) es la generatriz y \(h\) es la altura del cono.

Altura y generatriz no son lo mismo

La altura \(h\) es el segmento perpendicular que va desde el vértice hasta el centro de la base. La generatriz \(g\) es el segmento inclinado que va desde el vértice hasta el borde de la base.

Si conoces el radio y la altura, puedes calcular la generatriz con el teorema de Pitágoras:

\[ g^2=r^2+h^2 \]

Representación de \(r\), \(h\) y \(g\)

El siguiente esquema muestra las tres medidas principales que aparecen en los ejercicios de área del cono.

Elementos principales del cono Esquema de un cono con radio, altura y generatriz. h r g vértice base circular Relación: g² = r² + h²

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1

Calcula el área total de un cono con radio \(6\text{ cm}\) y altura \(8\text{ cm}\).

1. Encontrar la generatriz

Como se conoce el radio y la altura, usamos Pitágoras:

\[ g=\sqrt{r^2+h^2} \] \[ g=\sqrt{6^2+8^2} \] \[ g=\sqrt{36+64} \] \[ g=\sqrt{100}=10\text{ cm} \]

2. Calcular el área total

\[ A_T=\pi r(g+r) \] \[ A_T=\pi\cdot 6(10+6) \] \[ A_T=96\pi\text{ cm}^2 \]

Aproximando:

\[ 96\pi\approx 301{,}59\text{ cm}^2 \]

Respuesta: el área total es \(96\pi\text{ cm}^2\), aproximadamente \(301{,}59\text{ cm}^2\).

Ejemplo 2

Un cono tiene una generatriz de \(13\text{ cm}\) y un área de base de \(25\pi\text{ cm}^2\). Calcula el área total.

1. Encontrar el radio

\[ A_B=\pi r^2 \] \[ 25\pi=\pi r^2 \]

Dividimos por \(\pi\):

\[ 25=r^2 \] \[ r=5\text{ cm} \]

2. Calcular el área lateral

\[ A_L=\pi r g \] \[ A_L=\pi\cdot 5\cdot 13 \] \[ A_L=65\pi\text{ cm}^2 \]

3. Calcular el área total

\[ A_T=A_L+A_B \] \[ A_T=65\pi+25\pi \] \[ A_T=90\pi\text{ cm}^2 \]

Respuesta: el área total es \(90\pi\text{ cm}^2\), aproximadamente \(282{,}74\text{ cm}^2\).

Ejercicios de práctica

Nivel 1: aplicación directa

Ejercicio 1

Calcula el área total de un cono con radio \(7\text{ cm}\) y generatriz \(10\text{ cm}\).

Ejercicio 2

Calcula el área total de un cono con radio \(5\text{ cm}\) y generatriz \(8\text{ cm}\).

Ejercicio 3

Calcula el área total de un cono con radio \(3\text{ cm}\) y altura \(4\text{ cm}\).

Ejercicio 4

Calcula el área total de un cono con radio \(9\text{ cm}\) y altura \(12\text{ cm}\).

Nivel 2: encontrando datos faltantes

Ejercicio 5

Calcula el área lateral de un cono con radio \(7\text{ cm}\) y generatriz \(15\text{ cm}\).

Ejercicio 6

Un cono tiene una generatriz de \(10\text{ cm}\) y una altura de \(8\text{ cm}\). Calcula su área total.

Ejercicio 7

El área lateral de un cono es \(20\pi\text{ cm}^2\) y su radio es \(4\text{ cm}\). Encuentra la generatriz.

Ejercicio 8

Un cono tiene un área total de \(36\pi\text{ cm}^2\) y un radio de \(3\text{ cm}\). Calcula la generatriz.

Nivel 3: problemas con más pasos

Ejercicio 9

Un cono tiene un área de base de \(25\pi\text{ cm}^2\) y una generatriz de \(13\text{ cm}\). Calcula su área lateral.

Ejercicio 10

El área lateral de un cono es \(60\pi\text{ cm}^2\) y su generatriz mide \(12\text{ cm}\). Determina el área total del cono.

Ejercicio 11

El área total de un cono es \(90\pi\text{ cm}^2\) y su radio es \(5\text{ cm}\). Calcula su altura.

Ejercicio 12

El diámetro de la base de un cono es igual a su generatriz. Si el radio mide \(5\text{ cm}\), calcula el área total.

Ejercicio 13

Un cono tiene una generatriz que mide el doble del radio de su base. Si el área de la base es \(36\pi\text{ cm}^2\), calcula el área lateral.

Ejercicio 14

Un cono tiene una altura de \(16\text{ cm}\) y un área total de \(384\pi\text{ cm}^2\). Calcula la generatriz.

6. Aplicando lo aprendido: problemas con conos

Aplicando lo aprendido: problemas con conos

¡A resolver problemas!

Ahora que dominamos las fórmulas de volumen y área, aplicaremos lo aprendido para resolver problemas que combinan geometría y situaciones de la vida cotidiana.

Problemas geométricos

Problema 1

Un cono y un cilindro tienen la misma base circular. La altura del cono es el doble de la altura del cilindro. Si el volumen del cilindro es de \(180\text{ cm}^3\), ¿cuál es el volumen del cono?

Problema 2

Una pirámide de base cuadrada de \(6\text{ cm}\) de lado y \(10\text{ cm}\) de altura se inscribe en un cono. La base de la pirámide cabe justo dentro de la base circular del cono. ¿Qué volumen del cono queda sin ocupar por la pirámide?

Problema 3

Un cono de volumen \(V\) se corta por un plano paralelo a su base. El corte se hace a una altura de \(\frac{2}{3}h\), medida desde la base. Expresa el volumen del cono más pequeño que se forma en la punta en función de \(V\).

Problema 4

Se inscribe un cono en una esfera de radio \(5\text{ cm}\), de tal forma que la base del cono es un círculo máximo de la esfera, es decir, pasa por el centro. Calcula el área total del cono.

Problemas de la vida diaria

Veamos ahora cómo estas fórmulas se aplican a objetos y situaciones comunes.

Problema 5

Se quiere construir un depósito de agua cónico con capacidad para \(1000\) litros. Si el radio de la base debe ser de \(1\text{ m}\), ¿qué altura debe tener el depósito?

Problema 6

Un vaso de papel con forma de cono tiene \(6\text{ cm}\) de diámetro y \(10\text{ cm}\) de altura. ¿Qué volumen de agua puede contener?

Problema 7

Para una fiesta, se necesita hacer gorros cónicos de cartulina. Si cada gorro debe tener un radio de \(10\text{ cm}\) y una generatriz de \(20\text{ cm}\), ¿cuántos \(\text{cm}^2\) de cartulina se usarán por gorro?

Problema 8

Un embudo cónico tiene un diámetro de \(12\text{ cm}\) y una altura de \(15\text{ cm}\). Si se vierte líquido a razón de \(50\text{ cm}^3\) por segundo, ¿cuánto tardará en llenarse?

7. diagrama

Conos: forma, volumen y área

Objetivo de aprendizaje

  • Comprender la estructura del cono, su relación con el cilindro y aplicar las fórmulas de volumen, área lateral y área total en situaciones geométricas.

Idea central

El cono es un cuerpo geométrico que se puede estudiar desde tres ideas conectadas: su forma, su volumen y el análisis de su superficie al desplegarla.

Elementos del cono

En un cono recto distinguimos:

\[ r=\text{radio de la base}, \qquad h=\text{altura}, \qquad g=\text{generatriz} \]

Además, estas medidas se relacionan mediante el teorema de Pitágoras:

\[ g^2=r^2+h^2 \]

Diagrama general del capítulo

¿Qué es un cono?

Un cono es un cuerpo geométrico tridimensional con base circular y un vértice. En el caso del cono recto, la altura cae perpendicularmente al centro de la base.

También puede interpretarse como el sólido que se genera al girar un triángulo rectángulo alrededor de uno de sus catetos. En esa interpretación, un cateto determina la altura, el otro determina el radio y la hipotenusa corresponde a la generatriz.

Conos en la vida cotidiana

Los conos aparecen en embudos, barquillos de helado, volcanes, gorros de fiesta, depósitos y piezas de ingeniería. Por eso estudiar sus medidas y su capacidad tiene aplicaciones reales.

Volumen del cono

Relación con el cilindro

Si un cono y un cilindro tienen la misma base y la misma altura, el volumen del cono corresponde a un tercio del volumen del cilindro.

Esta relación permite comprender la fórmula del volumen del cono.

Fórmula del volumen

\[ V_{\text{cono}}=\frac{1}{3}\pi r^2 h \]

Aquí, \(\pi r^2\) representa el área de la base circular. Por eso también puede escribirse como:

\[ V_{\text{cono}}=\frac{1}{3}\cdot \text{área de la base}\cdot \text{altura} \]

Ejemplo: cálculo directo del volumen

Calcula el volumen de un cono de radio \(5\) cm y altura \(12\) cm.

Aplicamos la fórmula:

\[ V=\frac{1}{3}\pi r^2 h \]

Sustituimos \(r=5\) y \(h=12\):

\[ V=\frac{1}{3}\pi(5)^2(12) \] \[ V=\frac{1}{3}\pi(25)(12) \] \[ V=100\pi \text{ cm}^3 \]

En aproximación decimal:

\[ V\approx 314{,}16 \text{ cm}^3 \]

Ejemplo: encontrar una medida faltante

Un cono tiene altura \(8\) cm y volumen \(96\pi\) cm³. Halla el radio.

Partimos de:

\[ V=\frac{1}{3}\pi r^2h \]

Sustituimos los datos:

\[ 96\pi=\frac{1}{3}\pi r^2(8) \]

Dividimos por \(\pi\):

\[ 96=\frac{8r^2}{3} \]

Multiplicamos por \(3\):

\[ 288=8r^2 \]

Dividimos por \(8\):

\[ 36=r^2 \] \[ r=6 \text{ cm} \]

Error frecuente

En problemas de volumen, la generatriz no reemplaza a la altura.

Si el problema entrega la generatriz y no entrega la altura, primero hay que usar Pitágoras para hallar la medida que falta.

Red del cono y área lateral

Desplegando el cono

Cuando se corta el cono por la generatriz y se despliega su superficie, se obtiene una red compuesta por dos figuras:

  • un círculo, que corresponde a la base;
  • un sector circular, que corresponde a la superficie lateral.

Esta observación permite comprender el cálculo del área lateral y del área total.

Fórmulas de área

Área de la base:

\[ A_B=\pi r^2 \]

Área lateral:

\[ A_L=\pi rg \]

Área total:

\[ A_T=A_B+A_L \] \[ A_T=\pi r^2+\pi rg \]

También puede escribirse como:

\[ A_T=\pi r(r+g) \]

Ejemplo: área total con radio y generatriz

Calcula el área total de un cono de radio \(4\) cm y generatriz \(10\) cm.

Usamos:

\[ A_T=\pi r^2+\pi rg \]

Sustituimos \(r=4\) y \(g=10\):

\[ A_T=\pi(4)^2+\pi(4)(10) \] \[ A_T=16\pi+40\pi \] \[ A_T=56\pi \text{ cm}^2 \]

Aproximadamente:

\[ A_T\approx 175{,}93 \text{ cm}^2 \]

Ejemplo: área total con área de base conocida

Si el área de la base de un cono es \(9\pi\) cm² y su generatriz mide \(8\) cm, halla el área total.

Primero obtenemos el radio a partir del área de la base:

\[ \pi r^2=9\pi \] \[ r^2=9 \] \[ r=3 \]

Luego calculamos el área lateral:

\[ A_L=\pi rg \] \[ A_L=\pi(3)(8)=24\pi \]

Finalmente:

\[ A_T=9\pi+24\pi \] \[ A_T=33\pi \text{ cm}^2 \]

Uso de Pitágoras en el cono

Relación interna

En un cono recto, radio, altura y generatriz forman un triángulo rectángulo:

\[ g^2=r^2+h^2 \]

De esta relación se desprenden estas formas útiles:

\[ r=\sqrt{g^2-h^2} \qquad\text{y}\qquad h=\sqrt{g^2-r^2} \]

Ejemplo: hallar el radio usando la generatriz

Un cono tiene altura \(8\) cm y generatriz \(10\) cm. Halla su volumen.

Primero hallamos el radio:

\[ r=\sqrt{g^2-h^2} \] \[ r=\sqrt{10^2-8^2} \] \[ r=\sqrt{100-64} \] \[ r=\sqrt{36}=6 \]

Ahora usamos la fórmula del volumen:

\[ V=\frac{1}{3}\pi r^2 h \] \[ V=\frac{1}{3}\pi(6)^2(8) \] \[ V=\frac{1}{3}\pi(36)(8) \] \[ V=96\pi \text{ cm}^3 \]

Diferencia importante

La altura es una distancia perpendicular a la base. La generatriz es una medida inclinada.

En problemas de área lateral aparece la generatriz; en problemas de volumen aparece la altura.

Interpretación final

Cómo se conectan las ideas

El estudio del cono reúne álgebra, geometría plana y geometría espacial. El volumen se entiende comparándolo con el cilindro; el área se entiende desplegando la superficie; y las medidas faltantes se encuentran usando Pitágoras.

Aplicación práctica

Estas fórmulas permiten estimar capacidades, superficies de materiales y dimensiones reales en objetos como embudos, vasos cónicos, tolvas y depósitos.