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Figuras 3-D compuestas

Halla el volumen y el área superficial de sólidos formados por prismas, cilindros, pirámides, conos y esferas.

Practicar esta destreza 25 min Figuras compuestas en 3-D Read in English
Idea clave

Lo que vas a aprender

Los objetos reales casi nunca tienen una sola forma simple. Un silo para granos es un cilindro con una cúpula encima. Un lápiz es un cilindro con un cono. Una casa es una caja con un techo de pirámide. Un tubo es un cilindro con un hueco en forma de cilindro. Estas son figuras compuestas: sólidos formados por dos o más sólidos básicos.

En esta lección vas a aprender a:

  • descomponer una figura 3-D compuesta en prismas, cilindros, pirámides, conos y esferas,
  • hallar su volumen sumando las partes (y restando los huecos),
  • hallar su área superficial contando solo las superficies del exterior,
  • trabajar hacia atrás para hallar una dimensión que falta de una de las partes.

Por qué es importante en el GED®: Las figuras compuestas son la forma favorita del GED® para hacer más difícil una pregunta 3-D. Ya conoces todas las fórmulas que necesitas; todas están en la hoja de fórmulas. El reto es planear: qué partes hay, si se suma o se resta, y qué caras quedan ocultas.

En la vida real: ¿Cuánto grano cabe en un silo? ¿Cuánto concreto hay en un tubo? ¿Cuánta pintura cubre un cobertizo con techo? Es la misma forma de pensar.

Vocabulario

Palabras clave

  • figura compuesta: un sólido formado al unir o cortar sólidos básicos (caja + techo de pirámide).
  • descomponer: dividir una figura en partes que conoces (una cápsula = cilindro + 2 semiesferas).
  • semiesfera: la mitad de una esfera (una cúpula): volumen \tfrac{2}{3}\pi r^3, área curva 2\pi r^2.
  • dimensión compartida (común): una longitud que dos partes tienen en común (un cono sobre un cilindro comparte el radio).
  • cara oculta (unión): una superficie donde dos partes están pegadas; queda dentro de la figura.
  • área lateral: el área de los lados solamente, sin las bases (lado del cilindro 2\pi r h, lado del cono \pi r s).
  • hueco / con un agujero: un sólido al que se le quitó una parte; su volumen = sólido exterior − sólido quitado.
  • volumen: espacio interior (unidades cúbicas); área superficial: área total del exterior (unidades cuadradas).

Todas las palabras de Matemáticas en el glosario

Paso 1: Descompón la figura en sólidos básicos

Todos los problemas de figuras compuestas empiezan igual: nombra las partes. Busca las líneas donde termina una forma y empieza otra.

FiguraPartes
silocilindro + semiesfera
lápiz / cohetecilindro + cono
casa o cobertizoprisma rectangular + pirámide
cono de heladocono + semiesfera
cápsula / pastillacilindro + 2 semiesferas (= 1 esfera)
tubo / arandela / bloque con un agujerosólido grande − cilindro
bloques apilados / escalonesprisma + prisma

Luego rotula cada parte con sus propias dimensiones. Fíjate en las dimensiones compartidas:

  • Un cono sobre un cilindro usa el mismo radio.
  • Una cúpula sobre un silo tiene el mismo radio que el silo, y su altura es igual a ese radio.
  • La base de un techo de pirámide es la parte de arriba de la caja que está debajo.
  • Una pelota que cabe exactamente en una caja tiene un diámetro igual a la arista de la caja.

Ejemplo: Un cohete mide 14 cm de alto: un cilindro de 10 cm y un cono. La altura del cono debe ser 14 - 10 = 4 cm.

Rocket made of a cylinder 10 cm tall with a cone on top. The whole rocket is 14 cm tall, so the cone is 14 minus 10 = 4 cm tall. The cone and cylinder share the same radius. 10 cm ? = 4 cm 14 cm cone height 14 − 10 = 4 cm cylinder
Cohete: cilindro de 10 cm más cono de 4 cm, 14 cm en total

Paso 2: Volumen: suma las partes y resta los huecos

V_{\text{total}} = V_{\text{parte 1}} + V_{\text{parte 2}} + \dots - V_{\text{huecos}}

Ejemplo (sumar): un cubo de 6 in por lado con una pirámide cuadrada encima, de 4 in de alto. Cubo: 6^3 = 216. Pirámide: \tfrac{1}{3}(36)(4) = 48. Total: 216 + 48 = 264\text{ in}^3.

A cube with 6-inch edges with a square pyramid 4 inches tall on top; the pyramid base is the top of the cube. Volume = 216 + 48 = 264 cubic inches. 6 in 6 in 4 in pyramid: ⅓(36)(4) = 48 cube: 6³ = 216 total: 216 + 48 = 264 in³
Cubo con una pirámide encima

Ejemplo (restar): un tubo de 6 ft de largo con radio exterior de 2 ft y radio interior de 1.5 ft. Exterior: \pi(4)(6) = 24\pi. Hueco: \pi(2.25)(6) = 13.5\pi. Concreto: 24\pi - 13.5\pi = 10.5\pi \approx 33.0\text{ ft}^3.

Concrete pipe 6 feet long with outer radius 2 feet and inner radius 1.5 feet. Concrete volume = outer cylinder 24 pi minus hole 13.5 pi = 10.5 pi, about 33.0 cubic feet. 2 ft 1.5 ft 6 ft outer: π(2²)(6) = 24π hole: π(1.5²)(6) = 13.5π concrete: 24π − 13.5π = 10.5π ≈ 33.0 ft³
Tubo con radio exterior de 2 ft y radio interior de 1.5 ft

Mantén \pi como etiqueta. Si todas las partes tienen \pi, suma o resta los números que van delante: 540\pi + 144\pi = 684\pi. Conviértelo a decimal una sola vez, al final. Así evitas errores de redondeo.

No uses la caja exterior. Una figura que mide 10 in de ancho abajo y 6 in de ancho arriba no es una caja de 10 in hasta arriba. Halla cada pieza por separado.

Two stacked blocks: a bottom block 10 by 10 by 4 and a centered top block 6 by 6 by 4. Volume = 400 + 144 = 544 cubic units. The dashed red outline is a 10 by 10 by 8 box (800) that is NOT the figure. 10 10 4 4 6 bottom: 10 × 10 × 4 = 400 top: 6 × 6 × 4 = 144 total = 544 not the dashed box 10 × 10 × 8 = 800
Dos bloques apilados, no una sola caja grande

Trampa del tubo: resta los volúmenes, no los radios. (2 - 1.5)^2 = 0.25 está mal; 2^2 - 1.5^2 = 1.75 está bien.

Paso 3: Área superficial: solo lo que está por fuera

El área superficial es más complicada, porque el lugar donde se unen dos partes queda oculto. No sumes las áreas superficiales completas de las partes.

Método: haz una lista de todas las superficies que podrías tocar o pintar desde afuera, halla cada una y súmalas.

Ejemplo: un cilindro (r = 3, h = 10) con un cono encima (s = 5), incluido el fondo.

SuperficieFórmulaÁrea
círculo del fondo\pi r^29\pi
lado del cilindro2\pi r h60\pi
lado del cono\pi r s15\pi
parte de arriba del cilindro / base del conooculta0
total84\pi \approx 263.9
Exploded view of a cylinder with radius 3 and height 10 and a cone on top with slant height 5. Outside surfaces: bottom circle 9 pi, cylinder side 60 pi, cone side 15 pi. The top of the cylinder and the base of the cone are glued together, so they are hidden and not counted. Total 84 pi. s = 5 r = 3 h = 10 hidden joint cone side: π(3)(5) = 15π joint: hidden = 0 cyl. side: 2π(3)(10) = 60π bottom: π(3²) = 9π total = 84π ≈ 263.9
Cilindro y cono separados para mostrar la unión oculta

Ejemplo: un cobertizo, caja de 8 × 8 × 6 con un techo de pirámide (altura inclinada 5), incluido el piso: paredes 4(8 \times 6) = 192, piso 64, techo \tfrac{1}{2}(32)(5) = 80. Total 336\text{ ft}^2. La parte de arriba de la caja queda oculta.

Shed: a box 8 by 8 by 6 feet with a square pyramid roof whose slant height is 5 feet. Walls 4 times 8 times 6 = 192, floor 64, roof one-half times 32 times 5 = 80; total 336 square feet. The top of the box is hidden under the roof. s = 5 8 ft 8 ft 6 ft roof: ½(32)(5) = 80 box top: hidden walls: 4(8 × 6) = 192 floor: 8 × 8 = 64 total = 336 ft²
Cobertizo: caja con un techo de pirámide

Los agujeros agregan superficie. Perforar un agujero de radio 1 in a través de un bloque de 4 in quita dos círculos (2\pi) pero crea una pared interior (2\pi(1)(4) = 8\pi). El área superficial aumenta en 6\pi aunque el volumen disminuye.

A block 4 inches tall with a hole of radius 1 inch drilled straight through. Drilling removes two circles from the top and bottom (2 pi in total) but adds an inside wall of 2 pi times 1 times 4 = 8 pi, so the surface area goes up by 6 pi. r = 1 4 in lose 2 circles: 2 × π(1²) = 2π gain inside wall: 2π(1)(4) = 8π SA goes up 6π
Bloque con un agujero que lo atraviesa

Piezas útiles: lado del cilindro 2\pi r h; parte curva de la semiesfera 2\pi r^2; dos semiesferas forman una esfera, 4\pi r^2.

Trabajar hacia atrás con figuras compuestas

A veces te dan el total y falta una dimensión de una de las partes.

  1. Halla el volumen (o el área) de todas las partes que sí puedes calcular.
  2. Réstalo del total para obtener el volumen de la parte desconocida.
  3. Despeja la longitud que falta en la fórmula de esa parte.
  4. Vuelve a leer la pregunta: ¿pide esa longitud o una longitud total?

Ejemplo: un tanque es un cilindro (radio de 3 ft) con una semiesfera encima. Volumen total 72\pi. Semiesfera: \tfrac{2}{3}\pi(27) = 18\pi. Cilindro: 72\pi - 18\pi = 54\pi = 9\pi h, así que h = 6. Altura total = 6 + 3 = 9 ft.

Tank: a cylinder with radius 3 feet and unknown height h, topped by a hemisphere with radius 3. Total volume 72 pi. Hemisphere 18 pi, so the cylinder is 54 pi = 9 pi h and h = 6; total height 6 + 3 = 9 feet. r = 3 h = ? 3 ft total ? total V = 72π dome: ⅔π(27) = 18π cylinder: 72π − 18π = 54π = 9πh → h = 6 total height 6 + 3 = 9 ft
Tanque: cilindro con una semiesfera encima
Fórmula

Fórmulas que combinas (todas en la hoja de fórmulas del GED®)

SólidoVolumenÁrea superficial
prisma rectangularV = lwhSA = 2lw + 2lh + 2wh
cilindroV = \pi r^2 hSA = 2\pi r h + 2\pi r^2
pirámideV = \tfrac{1}{3}BhSA = \tfrac{1}{2}ps + B
conoV = \tfrac{1}{3}\pi r^2 hSA = \pi r s + \pi r^2
esferaV = \tfrac{4}{3}\pi r^3SA = 4\pi r^2

Todas estas están en la hoja de fórmulas del GED®. No hay una sola "fórmula de figuras compuestas"; tú la armas a partir de estas. La semiesfera (\tfrac{2}{3}\pi r^3, 2\pi r^2) y las piezas "solo laterales" (2\pi r h, \pi r s, \tfrac{1}{2}ps) salen de estas fórmulas tomando la mitad o quitando las bases.

Ejemplo resuelto

Ejemplo 1 (fácil): cubo con una pirámide encima

Un cubo con aristas de 6 in tiene una pirámide cuadrada encima. La base de la pirámide coincide con la parte de arriba del cubo, y la pirámide mide 4 in de alto. Halla el volumen total.

  1. Cubo: 6 \times 6 \times 6 = 216\text{ in}^3.
  2. Pirámide: B = 6 \times 6 = 36; V = \tfrac{1}{3}(36)(4) = 48\text{ in}^3.
  3. Suma: 216 + 48 = 264.
Example 1, pulled apart: a cube with 6-inch edges (216 cubic inches) and a square pyramid with a 6 by 6 base and height 4 inches (48 cubic inches). Together 264 cubic inches. h = 4 in 6 in 6 in 6 in pyramid B = 6 × 6 = 36 ⅓(36)(4) = 48 cube 6 × 6 × 6 = 216 216 + 48 = 264 in³
Cubo y pirámide separados

Respuesta: 264 in³

Comprobación: la pirámide es un tercio de una caja de 6 × 6 × 4 (144 \div 3 = 48) ✓.

Ejemplo resuelto

Ejemplo 2 (vida real): capacidad de un silo

Un silo es un cilindro con radio de 10 ft y altura de 30 ft, con una semiesfera encima. ¿Cuántos pies cúbicos le caben?

  1. Cilindro: \pi(10^2)(30) = 3{,}000\pi.
  2. Semiesfera: \tfrac{2}{3}\pi(10^3) = \tfrac{2{,}000}{3}\pi \approx 666.67\pi.
  3. Total: 3{,}000\pi + 666.67\pi = 3{,}666.67\pi \approx 11{,}519.2.
Example 2: silo made of a cylinder with radius 10 feet and height 30 feet, topped by a hemisphere with radius 10 feet. Cylinder 3,000 pi plus hemisphere about 666.67 pi gives about 11,519 cubic feet. r = 10 10 30 ft hemisphere: ⅔π(10³) ≈ 666.67π cylinder: π(10²)(30) = 3,000π total ≈ 3,666.67π ≈ 11,519 ft³
Silo: cilindro r = 10 ft, h = 30 ft con una cúpula

Respuesta: unos 11,519 ft³

Comprobación: forma exacta \tfrac{11{,}000}{3}\pi; 11{,}000 \div 3 \times 3.14159 \approx 11{,}519.2 ✓.

Ejemplo resuelto

Ejemplo 3 (restar): bloque con un agujero

Un bloque de madera mide 12 in por 8 in por 5 in. Se perfora un agujero de radio 2 in a lo largo de la altura de 5 in. ¿Cuánta madera queda?

  1. Bloque: 12 \times 8 \times 5 = 480\text{ in}^3.
  2. Agujero: \pi(2^2)(5) = 20\pi \approx 62.83\text{ in}^3.
  3. Madera: 480 - 62.83 = 417.17.
Example 3: wooden block 12 by 8 by 5 inches with a hole of radius 2 inches drilled through the 5-inch height. Block 480 cubic inches minus hole 20 pi (about 62.83) leaves about 417.2 cubic inches of wood. r = 2 12 in 8 in 5 block: 12 × 8 × 5 = 480 hole: π(2²)(5) = 20π ≈ 62.83 wood ≈ 417.2 in³
Bloque de 12 por 8 por 5 in con un agujero de radio 2 in

Respuesta: unas 417.2 in³

Comprobación: un agujero pequeño debe quitar una parte pequeña: 62.8 \div 480 \approx 13\% ✓.

Ejemplo resuelto

Ejemplo 4: pintura para un depósito en forma de cohete

Un depósito de almacenamiento es un cilindro (radio de 4 ft, altura de 10 ft) con un cono encima de 3 ft de alto. Se va a pintar todo el exterior, incluido el fondo. Halla el área.

  1. Altura inclinada del cono: s^2 = 3^2 + 4^2 = 25, así que s = 5 ft.
  2. Fondo: \pi(4^2) = 16\pi.
  3. Lado del cilindro: 2\pi(4)(10) = 80\pi.
  4. Lado del cono: \pi(4)(5) = 20\pi.
  5. La unión entre el cilindro y el cono queda oculta. Total: 16\pi + 80\pi + 20\pi = 116\pi \approx 364.4.
Example 4: storage bin made of a cylinder with radius 4 feet and height 10 feet and a cone on top 3 feet tall. The cone slant height is 5 feet (3-4-5 triangle). Painted area: bottom 16 pi + cylinder side 80 pi + cone side 20 pi = 116 pi, about 364.4 square feet; the joint is hidden. r = 4 s = 5 3 ft 10 ft cone side: π(4)(5) = 20π joint: hidden cyl. side: 2π(4)(10) = 80π bottom: π(4²) = 16π total = 116π ≈ 364.4 ft²
Depósito: cilindro con techo en forma de cono

Respuesta: unos 364.4 ft²

Comprobación: tres superficies, cada una contada una vez; para el cono se usó s = 5, no h = 3 ✓.

Ejemplo resuelto

Ejemplo 5 (nivel GED® difícil, hacia atrás): largo de un tanque en forma de cápsula

Un tanque de combustible es un cilindro con radio de 3 m y una semiesfera en cada extremo. Su volumen total es 99\pi m³. ¿Cuánto mide todo el tanque, de un extremo al otro?

  1. Dos semiesferas = una esfera: \tfrac{4}{3}\pi(27) = 36\pi.
  2. Cilindro: 99\pi - 36\pi = 63\pi.
  3. \pi(3^2)h = 63\pi → 9h = 63 → h = 7 m.
  4. Cada extremo agrega su radio, 3 m. Largo total: 3 + 7 + 3 = 13 m.
Example 5: capsule-shaped fuel tank lying on its side: a cylinder of radius 3 m and unknown length h with a hemisphere on each end. Total volume 99 pi; the two hemispheres make one sphere, 36 pi, so the cylinder is 63 pi and h = 7 m. End to end: 3 + 7 + 3 = 13 m. 3 3 3 h = 7 3 total length = 3 + 7 + 3 = 13 m
Tanque en forma de cápsula: cilindro con una semiesfera en cada extremo

Respuesta: 13 m

Comprobación: 9\pi(7) + 36\pi = 63\pi + 36\pi = 99\pi ✓.

Consejo de calculadora

En la TI-30XS MultiView

  • Suma primero los coeficientes de \pi y luego oprime π una sola vez. Silo: 540 + 144 = 684, luego 684 × π enter → 684\pi; oprime toggle → 2148.849…
  • O usa paréntesis para todo el planteamiento: π × 6 x² × 15 + 2 n/d 3 ▶ × π × 6 ^ 3 enter.
  • Raíces cuadradas para las alturas inclinadas: 2nd x² y luego la expresión, por ejemplo 3 x² + 4 x² → 5.
  • Usa la tecla toggle para cambiar una respuesta como \tfrac{40}{3}\pi entre fracción y decimal.
  • Escribe cada parte en tu pizarra de borrador antes de teclear. La calculadora no puede decirte qué superficies quedan ocultas; eso es lo que el GED® realmente está evaluando.
  • Las opciones de respuesta con \pi (como 102\pi o 248 + 6\pi) casi nunca necesitan calculadora.
Error común

Errores comunes

  • Usar una sola caja grande para toda la figura. Los bloques apilados de distintos tamaños se deben calcular por separado: 400 + 144 = 544, no 10 \times 10 \times 8 = 800.
  • Contar caras ocultas en el área superficial. La unión entre un cono y un cilindro (o entre un techo y una caja) está por dentro. Sumar el área superficial completa de cada parte cuenta dos veces dos círculos o dos cuadrados.
  • Sumar un agujero en vez de restarlo (o al revés). Los agujeros y los centros huecos se restan en el volumen.
  • Restar los radios en un tubo. (2 - 1.5)^2 \ne 2^2 - 1.5^2. Halla primero cada volumen.
  • Usar una esfera completa cuando la figura tiene una semiesfera, u olvidar que dos semiesferas forman una esfera.
  • Confundir la altura con la altura inclinada en la parte del cono o de la pirámide. El volumen usa h; el área superficial usa s.
Estrategia para el examen

Estrategia para el examen GED®

  • Dibuja y rotula cada parte en tu pizarra de borrador. Escribe la fórmula de cada parte antes de sustituir los números.
  • Decide si sumas o restas cada parte y, para el área superficial, tacha las caras ocultas.
  • Busca dimensiones compartidas: muchas veces no están rotuladas dos veces (el radio de la cúpula es el radio del silo).
  • Estima: el total debe ser mayor que la parte más grande (cuando sumas) y menor que el sólido exterior (cuando restas).
  • Respuestas en forma de expresión: si las opciones son planteamientos como \pi(3)^2(10) + \tfrac{1}{3}\pi(3)^2(4), escribe primero tu propio planteamiento y luego compáralo término por término.
  • Tiempo: los problemas de figuras compuestas toman de 2 a 3 minutos. Si te atoras, márcala para revisar y regresa después.

Compruébalo

Figuras compuestas en 3-D

Two rectangular wooden blocks are glued together as shown.

Two rectangular blocks stacked. The bottom block is 10 in long, 10 in wide and 4 in tall. The top block, sitting on the back-left corner of the bottom block, is 6 in long, 6 in wide and 4 in tall. 10 in 10 in 4 in 6 in 6 in 4 in
Bottom block 10 in by 10 in by 4 in with a 6 in by 6 in by 4 in block on top

What is the total volume of the figure?

Opciones de respuesta
Pista

Find the volume of each block separately, then combine them.

Ver en español

Pregunta

Dos bloques rectangulares de madera están pegados como se muestra.

¿Cuál es el volumen total de la figura?

Opciones

  • A. 800 in³
  • B. 256 in³
  • C. 544 in³
  • D. 400 in³
Pista

Halla el volumen de cada bloque por separado y luego combínalos.

Compruébalo

Figuras compuestas en 3-DCompletar

A solid ice-cream cone model is made of a cone topped with a hemisphere. The radius of both parts is 2 in, and the cone is 6 in tall.

Ice-cream cone model: a cone pointing down with a hemisphere on top. The cone and the hemisphere share a circular edge with radius 2 in. The cone is 6 in tall from that circle to its tip. 2 in 6 in
Cone 6 in tall with radius 2 in, topped by a hemisphere of radius 2 in

What is the volume of the model, to the nearest tenth of a cubic inch?

in³

Escribe tu respuesta en el recuadro. Puedes usar fracciones como 3/4.

Pista

Volume = cone + half of a sphere. Both use r = 2.

Ver en español

Pregunta

Un modelo sólido de cono de helado está formado por un cono con una semiesfera encima. El radio de las dos partes es 2 in, y el cono mide 6 in de alto.

¿Cuál es el volumen del modelo, redondeado a la décima de pulgada cúbica más cercana?

_____ in³

Pista

Volumen = cono + la mitad de una esfera. Las dos partes usan r = 2.

Resumen

  • Descompón la figura en sólidos básicos y rotula las dimensiones de cada parte, incluidas las compartidas.
  • Volumen: suma las partes y resta los huecos. Mantén \pi hasta el final.
  • Área superficial: suma solo las superficies exteriores; las uniones entre partes quedan ocultas. Los agujeros pueden agregar superficie.
  • Usa las fórmulas de la hoja de fórmulas para cada parte; semiesfera = media esfera, dos semiesferas = una esfera.
  • Trabajar hacia atrás: resta del total las partes conocidas, despeja la longitud que falta y vuelve a leer lo que se pide.
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