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空間図形の問題

難易度 2教科書の章末問題レベル中学数学 空間図形

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。

高さは縮めてあります

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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  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。

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