空間図形の問題
直方体 があります。長方形 が底面で、, , , は底面に垂直な辺です。また、、、 です。
この直方体を、3 つの頂点 , , を通る平面で 2 つの立体に切り分けました。頂点 をふくまない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)
- 直方体を平面で切った立体の体積(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)
- 角すい・円すいの体積(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
切り口の平面で分けられた 2 つの立体のうち、頂点 をふくむ方はどんな立体になるかを考えましょう。
ヒント 2
頂点 をふくむ方は三角錐 です。底面を とすると、高さは です。
ヒント 3
三角錐の体積は で求められます。これを直方体全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
直方体全体の体積は
です。
3 点 , , を通る平面で切ると、頂点 をふくむ方の立体は三角錐 になります。
この三角錐は、底面を直角三角形 ()とすると、高さは です。底面積は
なので、体積は
です。
よって、頂点 をふくまない方の立体の体積は
です。
別解
直方体全体の体積は ()。
3 点 B, D, E を通る平面は、頂点 A のまわりの三角錐 A-BDE(頂点 A に集まる 3 辺 AB, AD, AE が垂直)を切り取る。この三角錐の体積は ()。
頂点 A を含まない方の立体は残りの部分なので、 ()。
検算: 平面 BDE は直方体の 8 個の頂点のうち A だけを一方の側に、ほかの 7 個の頂点(C, F, G, H など)は反対側または平面上に置くので、切り分けは三角錐 A-BDE と残りの 2 つになる。