技能一覧 › 算数 立体図形

直方体を平面で切った立体の体積

直方体を 3 点を通る平面で切ったとき、切り取られる三角すいの体積を求め、残りの立体の体積を求められる

前提

この技能までの道筋(7 技能)
算数中学高校大学大学院

読み込み中…

右端(太枠)がこの技能です。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。

一覧で見る(前提が先)
  1. 直方体・立方体の体積 (算数 立体図形)
  2. 四則の混じった計算の順序 (算数 計算と数のきまり)
  3. 三角形・四角形の面積 (算数 平面図形)
  4. 小数の四則計算 (算数 計算と数のきまり)
  5. 円の周の長さと面積 (算数 平面図形)
  6. 角柱・円柱の体積 (算数 立体図形)
  7. 角すい・円すいの体積 (算数 立体図形)

説明

直方体の 1 つの頂点に集まる 3 本の辺の上に 1 点ずつとり、その 3 点を通る平らな面(平面)で直方体を切ると、かどの部分が三角すいの形に切り取られます。この三角すいの体積を 底面積 × 高さ ÷ 3 で求め、直方体の体積からひくと、残りの立体の体積がわかります。

なぜそうしてよいのか

直方体の 1 つの頂点(たとえば A)には、たて・横・高さの方向の 3 本の辺が集まっていて、どの 2 本も直角に交わっています。この 3 本の辺の上の点 P, Q, R を通る平面で切ると、切り取られる部分は、4 つの頂点 A, P, Q, R をもつ三角すいになります。

この三角すいは、三角形 APQ を底面と見ると、AP と AQ が直角に交わっているので、底面積は AP × AQ ÷ 2 です。さらに AR は AP にも AQ にも直角なので、AR は底面 APQ にまっすぐ立っていて、これがそのまま高さになります。だから三角すいの体積は AP × AQ ÷ 2 × AR ÷ 3 で求められます。どの面を底面と見ても、3 本の長さをかけて 2 でわり、さらに 3 でわることになるので、結果は同じです。

残りの立体は形が複雑ですが、「直方体全体 − 切り取った三角すい」と考えれば、形を直接考えなくても体積が求められます。

手順

  1. 3 点が、どの頂点に集まる 3 本の辺の上にあるかを確かめ、その頂点から 3 点までの長さを読み取る

  2. 切り取られる三角すいの底面を、直角をはさむ 2 本の長さでできる直角三角形とし、底面積を 長さ × 長さ ÷ 2 で求める

  3. 残りの 1 本の長さを高さとして、三角すいの体積を 底面積 × 高さ ÷ 3 で求める

  4. 直方体の体積(たて × 横 × 高さ)から三角すいの体積をひいて、残りの立体の体積を求める

例題

直方体 ABCD-EFGH があります。四角形 ABCD が下の面、四角形 EFGH が上の面で、E は A の真上、F は B の真上、G は C の真上、H は D の真上にあります。AB = 6 cm、AD = 8 cm、AE = 10 cm です。辺 AB 上に AP = 3 cm となる点 P、辺 AD 上に AQ = 4 cm となる点 Q、辺 AE 上に AR = 5 cm となる点 R をとり、3 点 P, Q, R を通る平面でこの直方体を切ります。頂点 A をふくまないほうの立体の体積は何 cm³ ですか。

例題の解答

手順 1: P, Q, R は、頂点 A に集まる 3 本の辺 AB, AD, AE の上にあります。切り取られるのは頂点 A をふくむ三角すい APQR で、AP = 3 cm、AQ = 4 cm、AR = 5 cm です。

手順 2: 底面を三角形 APQ とすると、AP と AQ は直角に交わるので、底面積は (cm²) です。

手順 3: AR は底面に垂直なので高さは 5 cm です。三角すいの体積は (cm³) です。

手順 4: 直方体の体積は (cm³) なので、残りの立体の体積は (cm³) です。

答え:

よくある誤り

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

この技能の次に学べること