第131問の解答
1.問題 [立体図形]
一辺が1cmの小立方体27個を左図のように重ね、細長いまっすぐな針金を1本用意して、
この立体を串刺しにします。その際、できるだけ多くの小立方体に針金が通るようにします。
そして、針金の刺さった小立方体だけを、形が崩れないようにそのまま取り出しました。(1)取り出した立体の体積は何cm3ありますか?
(2)取り出した立体の表面積は何cm2ありますか?
2.解答例1(ヒデー王子さん、トトロ@Nさん、他)
まず2次元で考えます。立方体は正方形となります。
正方形が2×2=4個の場合、下図のように1直線が通過するのは、最大3個の正方形です。正方形が3×3=9個の場合は、下図のように最大5個の正方形を通すことができます。
図1〜図4をよくみると、いずれの場合も直線は、2本の水平線、垂直線を横切っていることがわかります。
そして、横切った点を含む辺を2つの正方形が共有しています。すると、3次元の場合は、各面と平行な2つずつの平面に最大2回ずつ横切ることとなるので、合計2+2+2=6回横切ります。
この横切った6点を含む面を、2個ずつの小立方体が共有していることになるので、結局小立方体の個数は6+1=7個になります。
従って、求める立体の体積は、1cm3×7=7cm3。
表面積は、6cm2×7=42cm2から重なった面の部分1cm2×2×6=12cm2を除いた42−12=30cm2となります。
答:(1)7cm3、(2)30cm2以上