第214問の解答


1.問題 [空間図形

問題図
 左の図1は、部品A部品Bでできたある立体の展開図です。

 図2のように、部品A4つ使って正方形を作ると、その面積は4.5cm2となるそうです。
また、図1にもある通り、部品A6つ用いて作った正六角形と、部品B6つ用いて作った正六角形を比較すると、面積比3:1となっています。

 では、図1展開図を組み立てて出来る立体体積何cm3でしょうか。

 


2.解答例1まろやさん、うっしーさん、ταροさん、ありっちさん、ふきゅさん、長野美光さん、noetherさん、糸瀬善人さん、萬田銀次郎さん、M.Hossieさん、dragon-kさん、kazuyoさん、大沢幸一さん、mhayashiさん、他多数)

まず、求める立体の図を考えてみます。

参考図1

部品Aの長さを部品Bの長さをとすると、上図のように、
 底面:1辺の長さが正六角形
 頂面:1辺の長さが正六角形
 側面:1辺の長さが正三角形、辺の長さがa、a、b二等辺三角形
から成り立ちます。
ただし、b=a/√3、a=√(9/2)=3/√2

これをケーキのように6分の1をスライスします。
立体の高さをとすると、は斜辺、底辺直角三角形の1辺となるので、
 2=a2−b2、b=a/√3、よりh=a×√6/3となります。

参考図2 参考図3

さらに、これを
  V1:底面が1辺正三角形からなる三角柱
  V2:底面が1辺正三角形からなる三角柱を切断したもの
  V3、V4:底面がb、b/2、a/2直角三角形からなる三角錐
に分割する。

そして、V3、V4を移動して、V2の上に載せたものをV3'、V4'とすると、V2、V3'、V4'を合わせた立体はちょうどV1と同じ大きさの三角柱となります。

従って、求める立体の体積は、V1の体積の12倍になります。
 V=(1/2×b×√3/2×b)×h×12
  =√3/4×b2×a×√6/3×12
  =3√2×a3/3
  =√2×(3/√2)3
  27/2cm3 となります。

27/2cm3

 以上


3.解答例2ταροさん、沢井ねむ・るさん他)

第131回問題第156回問題が参考になります。
対角線の長さが2aとなる正方形の長さをとし、1辺の長さが正六面体の各中点を結んで下図のような立体を考えます。
この立体の体積をV1とします。
 2=2a=9より、c=3cm

参考図4

この立体は、ほとんど求める立体に近く、下図のような四角錐3個を加えると、求める立体になります。

(参考:動く立体図
参考図5

V1は、立方体の半分からV2を4個除いたもので、求める立体V1V3を3個加えたものになります。

V2は、底面が1辺c/2二等辺三角形で、高さc/2の三角錐
よって、
 V2=1/2×(c/2)2×(c/2)×1/3
   =c3×1/48

V3は、底辺が1辺a正方形で、高さはV2の高さの1/3
よって、
 V3=a2×(c/2)×1/3×1/3
   =c2×1/2×(c/2)×1/3×1/3
   =c3×1/36

従って、V3=V2×4/3

求める立体の体積
   =c3/2-V2×4+V3×3
   =c3/2
   =27/2cm3 となります。 


4.解答例3イデムリンさん、ヒデー王子さん、トトロ@Nさん、祝いビルさん、他)

1辺が正四面体を6つならべ、各頂点を結ぶと求める立体になります

参考図6

解答例1と同様にして、求める立体の体積は、1辺が六角柱2倍、すなわち1辺がの六角柱の2/3倍になります。

d=c/2とすると、正四面体の体積は、1辺の立方体の体積の1/3=d3/3。
 (d3-d3/6×4=d3/3

参考図1

正四面体と底面を共通にする三角柱の体積は、その3倍d3

よって、求める立体の体積
  =d3×6×2/3
  =(3/2)3×4
  =27/2cm3