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空間図形の問題

難易度 3公立高校入試の標準レベル中学数学 空間図形

直方体 があり、長方形 が底面、, , , が底面に垂直な辺です。、、 とします。頂点 から、面 と面 の上を通り、辺 上の点 を通って頂点 まで糸をかけます。糸の長さがもっとも短くなるときの糸の長さ は何 ですか。

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(13 技能)
算数中学高校大学大学院

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一覧で見る(前提が先)
  1. 四則の混じった計算の順序
  2. 三角形・四角形の面積
  3. 分数のたし算・ひき算
  4. 小数の四則計算
  5. 正負の数の加法・減法
  6. 分数のかけ算・わり算
  7. 正負の数の乗除・累乗と四則混合
  8. 約数の見つけ方
  9. 素因数分解と約数の個数
  10. 平方根の意味と根号の簡単化
  11. 三平方の定理
  12. 直方体・立方体の表面積
  13. 立体の表面上の最短経路

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

糸が通る つの面を、辺 でつながったまま展開図にして考えます。

ヒント 2

展開図で と を結んだ線分が最短の糸になります。展開図では横の長さが 、縦の長さが の直角三角形ができます。

ヒント 3

直角をはさむ 辺は と です。三平方の定理を使いましょう。

答えと解説

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解説を読む

面 と面 を、辺 でつながったまま つの平面上に開いた展開図で考えます。

展開図では、, , が一直線上に並び、長方形 (面 と面 を合わせた長方形)ができます。その横の長さと縦の長さは

です。

糸の長さ がもっとも短くなるのは、展開図で , , が一直線上に並ぶとき、つまり糸が線分 になるときです。

展開図の は の直角三角形なので、三平方の定理より

より です。

なお、このとき より で、 なので、 は確かに辺 上にあります。

答えは です。

別解

面 ABFE と面 BCGF を辺 BF で開いて、同じ平面上に並べる(展開図)。
A を原点、AB の向きを横方向、AE の向きを縦方向とすると、A は横 ・縦 (底面の頂点)の位置、G は横 cm、縦 cm の位置にある。
糸が最短になるのは、展開図で A と G を直線で結んだときで、長さは三平方の定理より cm。
確かめ: この直線が辺 BF(横 cm の位置)と交わる高さは cm で、 以上 以下なので、点 P は辺 BF 上にある。よって cm。

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