数学奥林匹克专题讲座 第08讲 - 立体图形(2)

2019-01-18 22:02

解:这个立体图形是一个圆柱的四分之一(如右上图),圆柱的底面半径为10cm,高为8cm。它的表面积为

例8 左下图是一个正方体,四边形APQC表示用平面截正方体的截面。请在右下方的展开图中画出四边形APQC的四条边。

解:把空间图形表面的线条画在平面展开图上,只要抓住四边形APQC四个顶点所在的位置这个关键,再进一步确定四边形的四条边所在的平面就可容易地画出。 (1)考虑到展开图上有六个顶点没有标出,可想象将展开图折成立体形,并在顶点上标出对应的符号,见左下图。

(2)根据四边形所在立体图形上的位置,确定其顶点所在的点和棱,以及四条边所在的平面:

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顶点:A—A,C—C,P在EF边上,Q在GF边上。边AC在ABCD面上,AP在ABFE面上,QC在BCGF面上,PQ在EFGH面上。

(3)将上面确定的位置标在展开图上,并在对应平面上连线。需要注意的是,立体图上的A,C点在展开图上有三个,B,D点在展开图上有二个,所以在标点连线时必须注意连线所在的平面。连好线的图形如右上图。

例9 如右图所示,剪一块硬纸片可以做成一个多面体的纸模型(沿虚线折,沿实线粘)。这个多面体的面数、顶点数和棱数的总和是多少?

解:从展开图可以看出,粘合后的多面体有12个正方形和8个三角形,共20个面。

这个多面体上部的中间是一个正三角形,这个正三角形的三边与三个正方形相连,这样上部共有9个顶点,下部也一样。因此,多面体的顶点总数为 9×2=18(个)。 在20个面的边中,虚线有19条,实线有34条。因为每条虚线表示一条棱,两条实线表示一条棱,所以多面体的总棱数为

19+34÷2=36(条)。

综上所述,多面体的面数、顶点数和棱数之和为

20+18+36=74。

说明:数学家欧拉曾给出一个公式:V+F-E=2。公式中的V表示顶点数,E表示棱数,F表示面数。

根据欧拉公式,知道上例多面体的面数和顶点数之后,棱数便可求得:

E=V+F-2=20+18-2=36(条)。

三、立体图形的截面与投影

例10 用一个平面去截一个正方体,可以得到几边形? 解:如下图,可得到三角形、四边形、五边形和六边形。

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例11 一个棱长为6cm的正方体,把它切开成49个小正方体。小正方体的大小不必都相同,而小正方体的棱长以厘米作单位必须是整数。问:可切出几种不同尺寸的正方体?每种正方体的个数各是多少?

解:13=1,23=8,33=27,43=64,53=125,63=216。

如果能切出1个棱长为5cm的正方体,那么其余的只能是棱长为1cm的正体体,共切出小正方体

1+(63-53)÷1=92(个)。

因为92>49,所以不可能切出棱长为5cm的正方体。

如果能切出1个棱长为4cm的正方体,那么其余的只能是棱长为1cm或2cm的正方体。设切出棱长为1cm的正方体有a个,切出棱长为2cm的正方体有b个,则有

设切出棱长为1cm的正方体有a个,棱长为2cm的正方体有b个,棱长为3cm的正方体有c个,则

解之得a=36,b=9,c=4。

所以可切出棱长分别为1cm,2cm和3cm的正方体,其个数依次为36,9和4。 例12 现有一个棱长为1cm的正方体,一个长宽为1cm高为2cm的长方体,三个长宽为1cm高为3cm的长方体。下列图形是把这五个图形合并成某一立体图形时,从上面、前面、侧面所看到的图形。试利用下面三个图形把合并成的立体图形(如例)的样子画出来,并求出其表面积。 例:

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解:立体图形的形状如下图所示。

从上面和下面看到的形状面积都为9cm2,共18cm2; 从两个侧面看到的形状面积都为7cm2,共14cm2; 从前面和后面看到的形状面积都为6cm2,共12cm2; 隐藏着的面积有2cm2。

一共有18+16+12+2=46(cm2)。

练习8

1.一个长方体水箱,从里面量得长40cm,宽30cm,深35cm,里面的水深10cm。放进一个棱长20cm的正方体铁块后,水面高多少厘米?

2.王师傅将木块刨成横截面如下图(单位:cm)那样的高40cm的一个棱柱。虚线把横截面分成大小两部分,较大的那部分的面积占整个底面的60%。这个棱柱的体积是多少立方厘米?

3.在底面为边长60cm的正方形的一个长方体的容器里,直立着一根高1m,底面为边长15cm的正方形的四棱柱铁棍。这时容器里的水半米深。现在把铁棍轻轻地向正上方提起24cm,露出水面的四棱柱铁棍浸湿部分长多少厘米?

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4.下列各图形中,有的是正方体的展开图,写出这些图形的编号。

5.小玲有两种不同形状的纸板,一种是正方形,一种是长方形。正方形纸板的总数与长方形纸板的总数之比是1∶2。她用这些纸板做成一些竖式和横式的无盖纸盒(如下图),正好将纸板用完。在小玲所做的纸盒中,竖式纸盒的总数与横式纸盒的总数之比是多少?

6.请你在下面图(2)中画出3种和图(1)不一样的设计图,使它们折起来后都成为右图所示的长方形盒子(直线段与各棱交于棱的中点)。

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