才塾 入試過去問2015年大問8

数学 入試過去問

8


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問題をクリックすると答えがでます。

【2015年の大問8】
$1$辺が$3$の立方体$ABCDEFGH$
$BP=FQ=FR=2$
円
(1) $DP$の長さ

答え
$\sqrt{22}$

POINT

△OAB
 $\triangle DBP$を考えます。
 これは、$\angle DBP=90^{ \circ }$の直角三角形です。
 $DB$は$1$辺が$3$の正方形の対角線ですから、その長さは$3\sqrt{2}$です。
 なので、三平方の定理から、 \begin{eqnarray*} DP&=&\sqrt{DB^2+BP^2} \\ &=&\sqrt{(3\sqrt{2})^2+2^2} \\ &=&\sqrt{22} \end{eqnarray*}  
【べつなやりかた】
△OAB  $ABCD$を底面、$BP$を高さとする直方体を考えます。そうすれば、 その対角線が$DP$です。
 仮定から、$BP=2,AB=BC=3$です。
 底面は$1$辺が$3$の正方形で、高さが$2$の直方体の対角線を求めればよいことになります。
 縦が$a$,横が$b$,高さが$c$の直方体の対角線は、$\sqrt{a^2+b^2+c^2}$です。
 というわけで、 $$\sqrt{3^2+3^2+2^2}=\sqrt{22}$$

(2) 四角すい$BAQRC$の体積

答え
$\cfrac{15}{2}$

POINT

△OAB  点$P$や線分$DP$はこの問題には関係ないので消します。
 四角すい$BAQRC$というのはどういう立体でしょうか。それぞれの頂点を結んで考えましょう。
 台形$AQRC$を底面とすれば、四角すいになります。
 すい体の体積を求めよというのだから、ふつうは底面積$\times$高さ$\times\cfrac{1}{3}$をすればよいです。
 台形$AQRC$は、三平方の定理を使って求めていけば$4$辺の長さがわかる等脚台形だから、面積はでます。高さ(頂点$B$から$AQRC$にまっすぐおろした線の長さ) は、これもがんばればでます。そういうふうにやっていけば答えはでますが、この問題の場合は、損なやり方です。
△OAB  この問題は、 大きい三角すいを考えて、そこからよぶんなところを切り取ってしまう、というふうにやったほうがラクです。
 まず、$AQ$と$BF$と$CR$を延長して、その交点を$S$ということにします。
 こうしてできた大きな三角すい$BASC$から、三角すい$BQSR$を切り取ってしまえば、その残りがこの問題の答えになっています。
 みやすくした図をならべて、このことをもういちど説明しましょう。
△OAB
 上の図で、緑の三角すいから黄色い三角すいを切り取れば、オレンジの部分が残る、とうことです。オレンジの部分というのはもちろん、この問題できかれている立体です。
 緑の三角すいの体積から黄色い三角すいの体積をひくわけですが、どちらの三角すいの体積もそれほど苦労せずにだせそうです。ですから、こちらのほうがラクに答えがだせそうです。 このようにやっていきましょう。
△OAB
 緑の三角すいも、黄色い三角すいも、どちらの三角すいも、$FS$の長さがわかっていないと体積がだせません。$FS$を求めるために、 $\triangle ABS$という直角三角形について考えます。
 仮定から、$AB=BF=3,QF=2$です。
 また、$AB /\!/ QF$なので、$\triangle ABS$ ∽$\triangle QFS$で、相似比は$3:2$です。$AB=3,QF=2$だからです。
 $FS=x$とすると、$\triangle ABS$ ∽$\triangle QFS$から、$3+x:x=3:2$ですから、$x=6$となります。
 $FS=6$ならば、$BS=3+6=9$です。
 $BS$の長さがわかったので、緑の三角すいと黄色い三角すいの体積をだしていきましょう。
△OAB
 まず緑の三角すいは、$\triangle ABC$を底面とすれば、その面積は$3\times3\times\cfrac{1}{2}=\cfrac{9}{2}$です。 $\triangle ABC$を底面とすれば、高さは$BS$ですから、その長さは$9$です。なので、緑の三角すいの体積は、 $$\cfrac{9}{2}\times9\times\cfrac{1}{3}=\cfrac{27}{2}$$  次に黄色の三角すいは、$\triangle QSB$を底面とすれば、$BS$が底辺で$QF$が高さの三角形とみることができますから、その 面積は$9\times2\times\cfrac{1}{2}=9$です。 $\triangle QSB$を底面とすれば、高さは$RF$ですから、その長さは$2$です。なので、黄色い三角すいの体積は、 $$9\times2\times\cfrac{1}{3}=6$$  なので、四角すい$BAQRC$の体積は、 $$\cfrac{27}{2}-6=\cfrac{15}{2}$$

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