解決済み

(1)

点E,J,Iを通る平面でこの立方体を切断するとき、点Gを含む立方の体積を求めなさい。


(2)

(1)の点Gを含む立方をさらに点D,B,Fを通る平面で切断したとき、点Gを含む立方体の体積を求めなさい。

ベストアンサー

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(1) 以下では点E,I,JE, I, Jを通る平面をπ\piと呼ぶことにします。

 π\piと線分DHDHとの交点をKKとします。立方体の向かい合う面が平行であることから、三角形EFI,JDKEFI, JDKは相似になります。するとEF:FI=JD:DKEF : FI = JD : DKから、DK=2cmDK = 2\mathrm{cm}が分かります。DK=BI=2cmDK = BI = 2\mathrm{cm}なので、対称性からπ\piは辺BCBCと交点LLをもち、CJ=CL=3cmCJ = CL = 3\mathrm{cm}であることが分かります。

 π\piと直線CGCGとの交点をCC'、直線FGFGとの交点をFF'、直線HGHGとの交点をHH'とします。CG=8cmC'G = 8\mathrm{cm}FG=12cmF'G = 12\mathrm{cm}HG=12cmH'G = 12\mathrm{cm}なので、三角錐CFHGC'F'H'Gの体積は

8×12×12×1/6=192cm38 \times 12 \times 12 \times 1/6 = 192\mathrm{cm}^3

となります。また、三角錐CCJL,FFIE,HHKEC'CJL, F'FIE, H'HKEの体積はそれぞれ

CCJL=3×3×2×1/6=3, FFIE=HHKE=4×6×6×1/6=24C'CJL = 3 \times 3 \times 2 \times 1/6 = 3,\ F'FIE = H'HKE = 4 \times 6 \times 6 \times 1/6 = 24

となります。さて問題の立体の体積は、三角錐CFHGC'F'H'Gの体積から三角錐CCJL,FFIE,HHKEC'CJL, F'FIE, H'HKEの体積を引いたものなので、

192(3+24+24)=141cm3192 - (3 + 24 + 24) = 141\mathrm{cm}^3

が答えとなります。


(2) 三角錐HEFK,EFIKHEFK, EFIKの体積はそれぞれ

HEFK=24cm3, EFIK=24cm3,HEFK = 24\mathrm{cm}^3,\ EFIK = 24\mathrm{cm}^3,

となります。よって四角錐IKHFEIKHFEの体積は24+24=48cm324 + 24 = 48\mathrm{cm}^3となります。さて問題の立体の体積は、(1)で求めた図形の体積からこの四角錐の体積を引いたものなので、

14148=93cm3141 - 48 = 93\mathrm{cm}^3が答えとなります。


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