第396問の解答


問題[空間図形]

問題図 左図のような三角錐ABCDで、P辺CAA側3倍に伸ばした点です。

同様に、

  • ABB側3倍に伸ばした
  • BDD側3倍に伸ばした
  • DCC側3倍に伸ばした

とします。

このとき、三角錐PQRSの体積は、三角錐ABCDの体積の何倍でしょうか。


解答例1

あ〜く@旧Nさん、はなうさん、小西孝一さん、受験勉強君さん、小学名探偵さん、 他

三角錐PQRS点Bを頂点とする4つ三角錐に分割して考えます。

参考図1

(図1)三角錐Q-BRS三角錐BQRS頂点Q底辺BRSで考える。以下同様)

三角錐Q-BRS三角錐A-BCDは、底面△S-BR△C-BDが同一平面にあります。
底辺の比=BRBD=3:1高さの比=SD:CD3:1
よって、底面△S-BR△C-BD9:1となります。

また、三角錐Q-BRS三角錐A-BCD高さの比=QB:BA2:1だから、
体積の比=18:1となります。

(図2)三角錐S-BPQ

三角錐S-BPQ三角錐D-ABCは、底面△P-QB△C-ABが同一平面にあります。
底辺の比=QBAB=2:1高さの比=PA:AC2:1
よって、底面△P-QB△C-AB4:1となります。

また、三角錐S-BPQ三角錐D-ABC高さの比=SC:CD2:1だから、
体積の比=8:1となります。

(図3)三角錐P-BRS

三角錐P-BRS三角錐A-BCDは、底面△S-BR△C-BDが同一平面にあります。
図1と同様、底面△S-BR△C-BD9:1

また、三角錐P-BRS三角錐A-BCD高さの比=PC:AC3:1だから、
体積の比=27:1となります。

(図4)三角錐R-BPQ

三角錐R-BPQ三角錐D-ABCは、底面△P-QB△C-ABが同一平面にあります。
図3と同様、底面△P-QB△C-AB4:1

また、三角錐R-BPQ三角錐D-ABC高さの比=RB:DB3:1だから、
体積の比=12:1となります。

以上から、
 三角錐PQRS三角錐ABCD=(18+8+27+12):1=65:1
と求まります。

答: 65倍

以上


解答例2

なかさん、他

DCS、およびBDRはそれぞれ一直線上に並んでいるので、RS面BCD同一平面にあります。
そこで、この平面辺PQ交点Tとします。

参考図2

すると、CAP、およびABQはそれぞれ一直線上に並んでいるので、PQ面ABC同一平面にあります。
従って、T面ABC同一平面にあることになります。
よって、T辺CB延長線上にあることが分かります。

さて、三角錐PQRS面RST2分割してそれぞれの体積を求めてみましょう。

まず、三角錐P-RST三角錐A-BCD高さの比=PC:AC3:1
および、三角錐Q-RST三角錐A-BCD高さの比=QB:AB2:1
よって、PTQT=3:2となります。

△PTC直線AQに関してメネラウスの定理より、
 CA/AP×PQ/QT×TB/BC=1
 1/2×5/2×TB/BC=1
よって、
 TBBC=4:5
となります。

△BCD面積とすると、
 △DSR=3×2=
 △TCS=9/5×2=18/5
 △TBR=4/5×3=12/5

従って、△TSR
 
△DSR△TCS△TBR△BCD
 
=6+18/5+12/5+1=13
となります。

よって、三角錐ABCD体積とすると、
  三角錐PQRS
 =三角錐P-RST
三角錐Q-RST
 =13×(
 =65
と求まります。


(参考)動く3D図

(参考)マウスでドラッグして下さい。

(その他の解法)