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空間図形の問題

難易度 4公立高校入試の難問・私立高校入試レベル中学数学 空間図形

三角柱 があります。底面 は 、、 の直角三角形で、側面はすべて長方形であり、 です(, , は底面に垂直です)。

辺 上に となる点 、辺 上に となる点 、辺 上に となる点 をとります。

この三角柱を 3 点 , , を通る平面で 2 つの立体に切り分けたとき、頂点 を含む方の立体の体積は何 ですか。

6 cm8 cm4 cm10 cm7 cm12 cm

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(9 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. 直方体・立方体の体積
  2. 四則の混じった計算の順序
  3. 三角形・四角形の面積
  4. 小数の四則計算
  5. 円の周の長さと面積
  6. 角柱・円柱の体積
  7. 角すい・円すいの体積
  8. 直方体を平面で切った立体の体積
  9. 立体を平面で切ったときの体積

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

三角柱全体の体積から、頂点 , , を含む方の立体の体積を引くと考えましょう。下側の立体は、そのままでは体積を求めにくいので、点 を通り底面に平行な平面で 2 つに分けてみましょう。

ヒント 2

点 を通り底面に平行な平面と , の交点を , とすると、下側の立体は三角柱 と四角錐 に分かれます。 は平面 に垂直なので、四角錐の高さは と等しくなります。

ヒント 3

三角柱 の体積は 、台形 の面積は です。ここから四角錐の体積を求め、下側の立体の体積を出して、全体から引きましょう。

答えと解説

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解説を読む

まず三角柱全体の体積を求めます。底面積は

なので、体積は です。

次に、頂点 , , を含む方(下側)の立体の体積を求めます。

点 を通り底面 に平行な平面が、辺 , と交わる点をそれぞれ , とします。 です。下側の立体は、次の 2 つに分けられます。

三角柱 :体積は

点 を頂点とし、四角形 を底面とする四角錐

を求めます。四角形 は側面 上にあり、

です。 で、どちらも に垂直なので、四角形 は台形で、面積は

です。

また、、 なので、 は平面 に垂直です。 なので も平面 に垂直で、四角錐の高さは です。よって

したがって、下側の立体の体積は です。

頂点 を含む方の立体の体積は

です。

別解

底面 ABC の面積は ()。三角柱全体の体積は ()。
平面 PQR で切ると、底面 ABC を含む方の立体は、底面が三角形 ABC で、垂直な 3 辺の長さが , , の「斜めに切った三角柱」になる。その体積は、(底面積) (3 本の辺の長さの平均) で求められるので
()。
頂点 D は A の真上 cm()にあり、平面 PQR より上側にあるので、D を含む方は残りの立体である。
()。
検算: D を含む方を、上の面から見て 3 辺の長さ , , の斜めに切った三角柱とみると で一致する。

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