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正方体切割问题规律

正方体切割问题规律

正方体切割问题规律

1)根据对称性,包含点D的部分与包含点F的部分是相同的形状,故我们计算一个即可。

记正方体的中心为点O,连接AH、AC、CH、AO、CO、HO。

易知,平面ACGE与ABGH的交线是直线AO,平面ACGE与BCHE的交线是直线CO,平面BCHE与ABGH的交线是直线BO。故包含点D的部分是由ADC、DHC、AHD、AOC、OHC、AHO六个面组成的(不排除共面的情况)。

要计算包含点D的部分的体积,需要判断它的形状,即需要判断点O与平面ACH的关系。

在三棱锥ACHD中,过点D作线段DP⊥平面ACH。有:

故点O与点D在平面ACH的两侧。

因此包含点D的部分的形状是两个倒扣的三棱锥(ACHD和ACHO)。

其体积为:

2)沿着平面ABGH切一刀之后,成了两个相同的三棱柱:

右边的三棱柱沿着平面ACGE再切一刀,变成一个三棱锥和一个四棱锥:

其中三棱锥沿着平面BCHE再切一刀,变成两个三棱锥:

四棱锥再切一刀,变成一个六面体(即1)问所求部分)和一个三棱锥:

至此,我们已经知道了:除了1)问中的两个部分以外,其余还有2×(2+1)=6个部分,并且都是三棱锥。

计算可知,它们的每条边都如下图所示,因此答案是肯定的。(注意,两个立体图形每条边都相同未必全等,因为有可能一个是凸的,一个是凹的,但是所有的三棱锥都是凸的,所以不存在这个情况。)

标签: 切割 正方体
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