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立体図形_最短距離_柱体と錐体

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 最短距離

 柱体と錐体

例題
  1. 下の図の直方体において、\(AP+PQ+QD\)の長さが最短になるとき、線分\(PQ\)の長さを求めなさい。なお、点\(P\)は辺\(BE\)上、点\(Q\)は辺\(CF\)上の点とする。
       
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  2. 下の図は1辺の長さが\(4\)の正四面体である。\(AP+BP\)の長さが最短になるとき、\(AP\)の長さを求めなさい。
        
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  3. 下の図のような円錐があり、点\(A\)から始めて点\(A\)にもどるように円錐の側面に沿ってひもをピンと張る。側面を1周まわしたときのひもの長さを\(L\)、側面を2周まわしたときのひもの長さを\(M\)として、\(L\),\(M\)をそれぞれ求めなさい。
       
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  4. 下の図のような底面の円周が\(18\)、高さが\(12\)の円柱がある。点\(A\)から点\(B\)に円柱の側面に沿ってひもをピンと張る。側面を1周まわしたときのひもの長さを\(L\)、側面を2周まわしたときのひもの長さを\(M\)として、\(L\),\(M\)をそれぞれ求めなさい。
       なお、点\(A\),点\(B\)は底面に垂直な同一線上にある。
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    まずはこう解け!
 
  1. 展開図を書いて、始点と終点を直線で結ぶ。
    ※「平面上の最短距離=直線」の考えはすぐに出てくるようにしておくこと。
  2. 展開図を書くときは実際に通る面だけで良い。
       

解答
  1. 下の図の直方体において、\(AP+PQ+QD\)の長さが最短になるとき、線分\(PQ\)の長さを求めなさい。なお、点\(P\)は辺\(BE\)上、点\(Q\)は辺\(CF\)上の点とする。
  2. 立体図形_最短距離_柱体と錐体  立体図形_最短距離_柱体と錐体

    展開図を書き、点\(A\)と点\(D\)を直線で結ぶ。

    三平方の定理より

    \(AD’= \sqrt{(8+5+7)^2+8^2} \)

    \(AD’=4 \sqrt{29} \)

    \( \triangle D’QF \)∽\( \triangle D’PE \)∽\( \triangle D’AD \)の相似より

    \(PQ=AD’ \times \dfrac{5}{8+5+7} \)

    \(PQ=4 \sqrt{29} \times \dfrac{1}{4} \)

    \(PQ= \sqrt{29} \)

  3. 下の図は1辺の長さが\(4\)の正四面体である。\(AP+BP\)の長さが最短になるとき、\(AP\)の長さを求めなさい。
  4. 立体図形_最短距離_柱体と錐体  立体図形_最短距離_柱体と錐体

    展開図を書き、点\(A\)と点\(B\)を直線で結ぶ。

    \( \triangle ACP \)において三平方の定理より

    \(AP=AC \times \dfrac{ \sqrt{3}}{2} \)

    \(AP=2 \sqrt{3} \)

  5. 下の図のような円錐があり、点\(A\)から始めて点\(A\)にもどるように円錐の側面に沿ってひもをピンと張る。側面を1周まわしたときのひもの長さを\(L\)、側面を2周まわしたときのひもの長さを\(M\)として、\(L\),\(M\)をそれぞれ求めなさい。
       
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  6. 展開図を書く上で、中心角を計算する。

    円錐の展開図において、\( \dfrac{半径}{母線}= \dfrac{中心角}{360}\)が成り立つので、

    \( \dfrac{6}{18}= \dfrac{中心角}{360} \)

    \(中心角=120 \)

    ここで展開図を書いて図示する。なお、側面を2周するときは側面の展開図を2枚並べて書く。

    立体図形_最短距離_柱体と錐体  立体図形_最短距離_柱体と錐体

    1周したときのひもの長さ\(L\)は正三角形を利用して、\(L=36\)

    2周したときのひもの長さ\(M\)は30度60度の直角三角形を利用して、\(M=36 \sqrt{3}\)

    \(L=36,M=36 \sqrt{3} \)

  7. 下の図のような底面の円周が\(18\)、高さが\(12\)の円柱がある。点\(A\)から点\(B\)に円柱の側面に沿ってひもをピンと張る。側面を1周まわしたときのひもの長さを\(L\)、側面を2周まわしたときのひもの長さを\(M\)として、\(L\),\(M\)をそれぞれ求めなさい。
       なお、点\(A\),点\(B\)は底面に垂直な同一線上にある。
    立体図形_最短距離_柱体と錐体 立体図形_最短距離_柱体と錐体
  8. 展開図を書く上で、中心角を計算する。

    円錐の展開図において、\( \dfrac{半径}{母線}= \dfrac{中心角}{360}\)が成り立つので、

    \( \dfrac{6}{18}= \dfrac{中心角}{360} \)

    \(中心角=120 \)

    ここで展開図を書いて図示する。なお、側面を2周するときは側面の展開図を2枚並べて書く。

    立体図形_最短距離_柱体と錐体  立体図形_最短距離_柱体と錐体

    1周したときのひもの長さ\(L\)は三平方の定理より

    \(L= \sqrt{12^2+18^2}=6 \sqrt{13} \)

    2周したときのひもの長さ\(M\)は三平方の定理より

    \(M= \sqrt{12^2+(18+18)^2}=12 \sqrt{10} \)

    \(L=6 \sqrt{13},M=12 \sqrt{10} \)

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