空間図形の問題
正三角柱 があります。底面は 辺の長さが の正三角形 と で、頂点 , , はそれぞれ頂点 , , の真上にあります。辺 , , は底面に垂直で、長さはどれも です。
頂点 から、側面にそって辺 、辺 をこの順に通り、頂点 まで糸をかけます。糸の長さが最も短くなるとき、その長さは何 ですか。
この問題で使うもの
- 立体の表面上の最短経路(説明と入口の問題)
- 三平方の定理(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(13 技能)
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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
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
糸が通る側面を展開図にして、 つの平面の上で考えましょう。
ヒント 2
つの側面を順につなぐと長方形になります。最短の糸は、展開図の上で と を結ぶ線分です。
ヒント 3
展開図の長方形は横 、縦 です。この対角線の長さを三平方の定理で求めましょう。
答えと解説
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解説を読む
糸が通る つの側面 , , を、辺 , でつないで平面に広げます(展開図)。
この展開図は、横が 、縦が の長方形になります。左下が頂点 、展開図の右端の辺は、ふたたび辺 になり、その上の端が頂点 です。
糸の長さが最も短くなるのは、展開図で と(右端の) を結ぶ線分になるときです。この線分は長方形の対角線なので、三平方の定理より
別解
糸は A から側面 ABEDの面、BCFE の面、CAD F の面の順に 3 つの側面を通って D に着く。この 3 つの側面を、辺 BE、CF で切り開かずにつないで 1 つの長方形に広げる。
広げた長方形は、横が cm、縦が cm。A は左下の角、D は(3 つ目の側面の辺 AD に当たる)右上の角に対応する。
糸の長さが最も短くなるのは、広げた図で A と D を結ぶ線分のときで、長さは三平方の定理より cm。
この線分は辺 BE(横 の位置)で高さ cm、辺 CF(横 の位置)で高さ cm を通り、どちらも辺の上( 以上 以下)にあるので、条件どおり辺 BE、CF をこの順に通る。
答えは cm。