第395問の解答


問題[空間図形 (平面図形)]

問題図 左図のような三角錐ABCDがあり、面BCDの内部に点Pがあります。

点Pを通り、面ACDに平行な面でこの三角錐を切断すると、頂点Bを含むほうの立体の体積は、三角錐ABCDの体積の8分の1倍になります。

また、点Pを通り、面ABDに平行な面でこの三角錐を切断すると、頂点Cを含むほうの立体の体積は、三角錐ABCDの体積の27分の8倍になります。

では、点Pを通り、面ABCに平行な面でこの三角錐を切断するとき、頂点Dを含むほうの立体の体積は、三角錐ABCDの体積の何倍でしょうか。


解答例1

はなうさん、とまぴょんさん、遠い山のぽきょぽんさん、小学名探偵さん、ほげさん、hiroさん、ゴンともさん、受験勉強君さん、 小西孝一さん、M.Hossieさん、 他

参考図1

  • 点Pを通り、面ACDに平行な面(面1とします)で切断したとき(図1参照)、
    面1と辺BCおよび辺BDの交点をF、Iとすると、
     点Bを含む三角錐の体積:三角錐ABCDの体積=1:8より、
     BF:BC=BI:BD=1:2。 ・・・ (1)

  • 点Pを通り、面ABDに平行な面(面2とします)で切断したとき(図2参照)、
    面2と辺CEおよび辺CDの交点をE、Hとすると、
     点Cを含む三角錐の体積:三角錐ABCDの体積=8:27より、
     CE:CB=CH:CD=2:3。 ・・・ (2)

  • 点Pを通り、面ABCに平行な面(面3とします)で切断したとき(図4参照)、
    面3と辺DCおよび辺DBの交点をG、Jとすると、
     DG:DC=DJ:DBの比が分かれば、
    点Cを含む三角錐
    の体積が求まります。

とくに面BCDだけを取り出すと(図3参照)、BCの長さを1とすると、
(1)より、FC=1−BF=1/2、
(2)より、BE=1−EC=1/3。

よって、
 EF=1−BE−FC=1/6。

四角形JBEP、および四角形PFCGはともに平行四辺形だから、
JP=BE=1/3、PG=FC=1/2、
よって、JG=JP+PG=5/6。

従って、DG:DC=JG:BC=5/6:1、
よって、点Cを含む三角錐の体積:三角錐ABCDの体積=(5/6)3:13=125:216
と求まります。

答: 125/216倍

以上


(参考)図3は、下記図3’のように、△DBCの各辺を6等分して、36個の小三角形に分割してみると分かりやすいでしょう。

参考図1-1


解答例2

はなうさん、なかさん、スモークマンさん、他

参考図2

BPとCDの交点をE(図1)、CPとBDの交点をF(図1)、およびDPとBCの交点をG(図4)とします。
 BP:BE=1:2、CP:CF=2:3。 ・・・ (1)

面DBCをとくに取り出せば(図3)、(1)より、
 △DPC:△ABC=PE:BE=1:2、
 △DPB:△ABC=PF:CF
=1:3。

よって、
 PG:DG=△PBC:△ABC=1−1/2−1/3=1:6、
 DP:DG
=1−1/6=5/6。

従って、
 点Cを含む三角錐
の体積:三角錐ABCDの体積=(5/6)3:13=125:216
と求まります。


(その他の解法)