たて 2 cm、横 4 cm、高さ 3 cm の直方体があります。この直方体の表面積(6 つの面の面積の合計)は何 cm² ですか。
直方体・立方体の表面積
直方体・立方体の 6 つの面(向かい合う面は同じ大きさ)の面積をたして表面積を求められる
前提
中学までに習ったことだけで始められます。
説明
直方体や立方体のまわりをかこんでいるすべての面の面積の合計を、表面積といいます。箱のまわりに紙をすきまなくはるとき、どれだけの紙がいるかを求めるときなどに使います。直方体の 6 つの面は、向かい合う 2 つずつが同じ大きさの長方形なので、3 種類の長方形の面積を求めて 2 倍ずつすれば表面積が求められます。
なぜそうしてよいのか
まず、面積の決め方を確かめます。1 辺が 1 cm の正方形の広さを 1 cm²(1 平方センチメートル)といいます。たて 2 cm、横 3 cm の長方形には、1 cm² の正方形がたてに 2 個、横に 3 列ならぶので、 個分、つまり 6 cm² です。このように、長方形の面積は たて × 横 で求められます。
直方体の面は全部で 6 つあり、どれも長方形(立方体ならすべて正方形)です。直方体の長さを、たて・横・高さの 3 つで表すと、面には「たて × 横」の面(上と下)、「たて × 高さ」の面(前とうしろ、または左と右)、「横 × 高さ」の面(残りの 2 つ)の 3 種類があります。向かい合う面は同じ形・同じ大きさなので、それぞれ 2 つずつあります。
だから、表面積は 3 種類の面の面積を 1 つずつ求めてたし、それを 2 倍すれば求められます。立方体は 6 つの面がすべて同じ大きさの正方形なので、1 つの面の面積を 6 倍すれば求められます。
手順
直方体のたて・横・高さを読み取る
3 種類の面の面積を求める: たて × 横、たて × 高さ、横 × 高さ
3 つの面積をたす
向かい合う面が 2 つずつあるので、その和を 2 倍する(立方体なら、1 辺 × 1 辺 を 6 倍する)。単位は cm²
例題
たて 2 cm、横 3 cm、高さ 4 cm の直方体の表面積は何 cm² ですか。
例題の解答
手順 1: たて 2 cm、横 3 cm、高さ 4 cm です。
手順 2: 3 種類の面の面積は、
たて × 横 (cm²)
たて × 高さ (cm²)
横 × 高さ (cm²)
です。
手順 3: たすと (cm²) です。
手順 4: 同じ面が 2 つずつあるので、表面積は (cm²) です。
答え:
よくある誤り
3 種類の面の面積をたしただけで終えてしまう誤り(例: )。面は 6 つあり、同じ大きさの面が 2 つずつあるので、正しくは
体積と取りちがえて たて × 横 × 高さ を計算してしまう誤り(例: )。表面積は面の面積の合計なので、正しくは
立方体の表面積を、1 つの面の面積の 4 倍や 1 辺 × 6 にしてしまう誤り(例: 1 辺 3 cm の立方体で )。正しくは 6 つの面の面積をたして
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
この技能を使う問題
たて・横・高さの長さの比が である直方体があります。この直方体の体積は です。
この直方体の表面積は何 cm² ですか。
横たて高さ1 辺が 1 cm の立方体 64 個をすきまなく積み重ねて、1 辺が 4 cm の立方体を作ります。小さな立方体どうしはのりでくっついていて、一部を取りのぞいてもくずれません。
この立方体の、正面の面の真ん中にある「たて 2 個・横 2 個」の 4 個分の正方形の部分から、反対側(うしろ)の面までまっすぐくりぬきます。さらに、上の面の真ん中にある「たて 2 個・横 2 個」の 4 個分の正方形の部分から、反対側(下)の面までまっすぐくりぬきます。
くりぬいたあとに残った立体の表面積は何 cm² ですか。ただし、くりぬいた穴の内側の面も表面積にふくめます。
4 cm4 cm4 cm1 辺が 1 cm の立方体 125 個をすきまなく積み重ねて、1 辺が 5 cm の大きな立方体を作りました。小さな立方体どうしはのりでくっついていて、一部を取りのぞいてもくずれません。
この大きな立方体から、次の 2 つのトンネルをあけるように小さな立方体を取りのぞきます。
- 正面の面のちょうど真ん中にある 1 個から、後ろの面のちょうど真ん中にある 1 個まで、まっすぐに並んだ 5 個を取りのぞく。
- 右の面のちょうど真ん中にある 1 個から、左の面のちょうど真ん中にある 1 個まで、まっすぐに並んだ 5 個を取りのぞく。
2 つのトンネルは、大きな立方体の中心にある 1 個のところで交わっています。上の面と下の面には穴をあけません。
こうしてできた立体の表面積(トンネルの内側の面もふくみます)は何 cm² ですか。
斜線の部分がトンネルの入り口(後ろと左の面にも同じように入り口があります) 同じ大きさの直方体の形をした木のブロックが 3 個あります。それぞれのブロックを、次のように平面で 1 回ずつ切って、2 つの直方体に分けました。
- 1 個目は、底面に平行な平面で切りました。切ってできた 2 つの直方体の表面積の和は、もとのブロックの表面積より cm² 大きくなりました。
- 2 個目は、正面の面に平行な平面で切りました。切ってできた 2 つの直方体の表面積の和は、もとのブロックの表面積より cm² 大きくなりました。
- 3 個目は、右側の面に平行な平面で切りました。切ってできた 2 つの直方体の表面積の和は、もとのブロックの表面積より cm² 大きくなりました。
ただし、底面は「たて × 横」の長方形、正面の面は「横 × 高さ」の長方形、右側の面は「たて × 高さ」の長方形とします。
このブロック 1 個の体積は何 cm³ ですか。
横たて高さ図の辺の長さの比は正確とは限りません 1 辺が 1 cm の立方体 216 個をすきまなく積み重ねて、1 辺が 6 cm の大きな立方体を作りました。小さな立方体どうしはのりでくっついていて、一部を取りのぞいてもくずれません。
この大きな立方体から、次の 2 つのくりぬきをしました。
- 正面の面の真ん中にある「たて 2 個・横 2 個」の正方形の部分から、反対側(背面)まで、正面に垂直にまっすぐくりぬく
- 上の面の真ん中にある「たて 2 個・横 2 個」の正方形の部分から、反対側(下の面)まで、上の面に垂直にまっすぐくりぬく
くりぬいた部分は、どちらも 1 辺 2 cm の正方形を切り口とする四角柱の形のトンネルになり、2 つのトンネルは大きな立方体の中心のところで交わっています。
こうしてできた立体の表面積(穴の内側の面もふくめた、すべての面の面積の合計)は何 cm² ですか。
6 cm6 cm6 cm2 cm2 cm色をつけた部分が穴の入り口です
この技能の次に学べること
- 角柱・円柱の表面積 (算数 立体図形)
- 立方体を積んだ立体の表面積 (算数 立体図形)
- 立体の表面上の最短経路 (中学数学 相似と三平方の定理)