空間図形の問題
辺の長さが の立方体 があります。正方形 が底面で、, , , は底面に垂直な辺です。辺 上に となる点 をとります。この立方体を 点 , , を通る平面で切って つの立体に分けるとき、頂点 を含む方の立体の体積は何 ですか。
この問題で使うもの
- 立体を平面で切ったときの体積(説明と入口の問題)
- 角すい・円すいの体積(説明と入口の問題)
- 直方体・立方体の体積(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(9 技能)
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
切り口は です。頂点 を含む方の小さい立体はどんな形か考えましょう。
ヒント 2
頂点 を含む方は、 を底面、 を高さとする三角錐です。角錐の体積は です。
ヒント 3
三角錐 の体積は です。これを立方体の体積からひきましょう。
答えと解説
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解説を読む
点 , , を通る平面で切ると、切り口は になり、立方体は頂点 を含む三角錐 と、残りの立体(頂点 を含む)に分かれます。
三角錐 は、底面が直角二等辺三角形 、高さが です( は底面 に垂直)。
底面積は
なので、三角錐の体積は
です。
立方体の体積は なので、頂点 を含む方の立体の体積は
です。
別解
立方体の体積は 。3点B, D, Pを通る平面は、辺AE上のP(AP)、底面上の対角線BDを通る。この平面が他の辺と交わるか調べる。Aを原点、AB方向をx軸、AD方向をy軸、AE方向をz軸とすると、B(6,0,0), D(0,6,0), P(0,0,4) を通る平面は 。上の面()では となり立方体の内部にないので交わらない。また辺CGなどとも頂点B, D以外では交わらない。したがって切り口は三角形BDPで、頂点Aを含む方の立体は三角錐P-ABD。体積は 。Cを含む方は 。検算: 平面上に点Cがないこと(、Aと反対側)を確認でき、Cは残りの側にある。