第203問の解答
1.問題 [立体図形]
左図は、ある立体の展開図で、ピンク色の正方形の面積が18cm2となっています。水色の台形部分は、正方形と一辺の長さが等しい正三角形8つでできており、実線部分を折り曲げて立体を作ります。
では、この展開図を組み立てて出来る立体の体積は何cm3でしょうか。
2.解答例1(Hamayanさん、CRYING DOLPHINさん、Gouさん、祝いビルさん、おがけんさん、トトロ@Nさん、長野美光さん、中村明海さん、他多数)
問題の立体は図1のようになります。
これを2個、底面同士をくっつけて片方を90度ひねると図2のように正四面体ができます。
図1 図2 |
図3 |
図4 図5 |
図3から、正四面体の体積は、立方体から4個の三角錐を取り除いたものと等しいことから、立方体の体積の1/3となります。(第176問、第131問参照)
図1で底面である正方形の一辺の長さをaとすると、a2=18。
図2で正四面体の一辺の長さは、2a。
図3で立方体の一辺の長さをbとすると、b2=2a2=36、
よってb=6。(図4を参照)求める立体の体積をVとすると、2V=b3×1/3、V=b3/6=63/6=36となります。
答:36cm3
以上
3.解答例2(ありっちさん、M.Hossieさん、うっしーさん、他)
下図に求める立体を3つの部分に切断すると、真ん中は三角柱、両端の三角錐を合わせると一辺の長さがaの正四面体ができます。
正四面体の体積をV1、真ん中の三角柱の体積をV2とすると、合わさった部分の三角形は共通だから、V1/2=(V2/2)/3、V1=V2/3、
よって求める立体の体積V=V1+V2=V1×4。解答例1の図3と同様に正四面体がすっぽり入る立方体(一辺の長さb')を考えると、b'2=a2/2=9、よってb'=3。(図5参照)
従って、V=b'3/3×4=33/3×4=36。以上
上図のように、一辺がaの正四面体2個と、一辺がaの正方形を底面とする四角錐に分かれます。
正四面体の体積は、解答例2と同様にして、33/3=9cm3。
四角錐の高さは、正四面体の相対する二辺の距離だから、図3より正四面体をすっぽり包む立方体の一辺すなわちb'=3cm。
よって、四角錐の体積=1/3×18×3=18cm3。
以上から、求める立体の体積=9×2+18=36cm3。