空間図形の問題
1 辺の長さが の立方体 があります(四角形 が下の面、四角形 が上の面で、辺 , , , は下の面に垂直です)。この立方体の 8 個の頂点がすべて 1 つの球の球面上にあるとき、この球の半径は何 ですか。
この問題で使うもの
- 立体に外接・内接する球の半径(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(18 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
立方体の頂点がすべて球面上にあるとき、球の直径は立方体の対角線の長さになります。
ヒント 2
対角線 は、三平方の定理を 2 回使って と求められます。
ヒント 3
なので です。半径はその半分です。
答えと解説
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解説を読む
立方体の 8 個の頂点がすべて球面上にあるとき、球の中心は立方体の対角線 の中点になり、球の直径は対角線 の長さと等しくなります。
まず、底面の正方形 の対角線 を求めます。直角三角形 で三平方の定理より
次に、 は底面に垂直なので です。直角三角形 で三平方の定理より
なので
球の半径は対角線の半分なので
です。
(1 辺 の立方体では半径が になり、 を代入しても になります。)
別解
球は立方体の外接球で、立方体の対角線が直径。底面の対角線 。対角線 。半径はその半分で 。確かめ: 。答えは 。