CHAPTER 02 · 練習プリント・確認問題

立方体の切断

切り口の形から、体積まで。12題を順番に考えよう。

画面とPDFは同じ12題です。問題・答えのPDFは、どちらも1ページ2題で番号が対応しています。

「動く教材」と「練習プリント」の番号は別です。このページとPDFは同じ番号です。

図の見方と、切り口の約束

基本01〜04

01
基本

同じ高さの3つの中点

問題の図
問題図:同じ高さの3つの中点ABCDEFGHPQR

立方体の1辺:6cm

1辺が6cmの立方体です。P・Q・Rは、

それぞれ辺AE・BF・CGの中点です。

この3点を通る平面で切ります。

  1. 切り口が通る、もう1つの辺はどれですか。
  2. 切り口はどのような形ですか。
  3. 切り口の面積は何cm²ですか。

上面ABCD・底面EFGH。図の見た目だけで判断せず、問題の条件で考えましょう。

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ヒント1 見るところ
3点が底面から同じ高さにあることに注目しよう。

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答え
  • もう1つの辺:DH
  • 切り口の形:正方形
  • 面積(cm²):36
解答の図
解答図:同じ高さの3つの中点ABCDEFGHPQRS

立方体の1辺:6cm

考え方

3点はすべて底面から3cmの高さです。底面EFGHに平行な平面で切るので、辺DHも中点Sで通ります。

切り口PQRSは底面と同じ大きさの正方形で、1辺は6cmです。
面積:6×6=36cm²

02
基本

1つの角の近くを切る

問題の図
問題図:1つの角の近くを切るABCDEFGHPQR

P・Q・Rは、それぞれ辺AB・AD・AEの中点です。

この3点を通る平面で切ります。

  1. 切り口の最もくわしい形の名前を答えましょう。
  2. Aをふくむ小さい立体の面は、いくつありますか。

上面ABCD・底面EFGH。図の見た目だけで判断せず、問題の条件で考えましょう。

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ヒント1 見るところ
Aから3つの点までの長さを比べよう。

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答え
  • 切り口の形:正三角形
  • 小さい立体の面の数:4
解答の図
解答図:1つの角の近くを切るABCDEFGHPQR

考え方

AP・AQ・ARは同じ長さです。直角二等辺三角形APQ・AQR・ARPは同じ形・大きさなので、PQ・QR・RPも同じ長さです。切り口は正三角形になります。

小さい三角すいには、元の面の一部が3面と、新しい切り口が1面あります。
面の数:3+1=4面
元の3面は直角三角形なので、この立体は正四面体ではありません。

03
基本

対角線を通って、たてに切る

問題の図
問題図:対角線を通って、たてに切るABCDEFGH

頂点A・C・Gを通る平面で立方体を切ります。

  1. 切り口が通る、もう1つの頂点はどれですか。
  2. 切り口はどのような形ですか。

上面ABCD・底面EFGH。図の見た目だけで判断せず、問題の条件で考えましょう。

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ヒント1 見るところ
AとCを結んだ線が、上面のどこを通るか見よう。

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答え
  • もう1つの頂点:E
  • 切り口の形:長方形(正方形ではない)
解答の図
解答図:対角線を通って、たてに切るABCDEFGH

考え方

Aを通り、辺CGと平行な線は辺AEです。この線も切る平面にふくまれるので、もう1つの頂点はEです。

切り口ACGEの四すみは直角です。面の対角線ACは立方体の辺AEより長いので、切り口は長方形です。正方形にはなりません。

04
基本

切り口の辺の数は、どこまで増える?

問題の図
問題図:切り口の辺の数は、どこまで増える?ABCDEFGH

1つの平面で、立方体の内部を切ります。

  1. 切り口の辺の数は、最大いくつですか。
  2. 七角形の切り口を作ることはできますか。

上面ABCD・底面EFGH。図の見た目だけで判断せず、問題の条件で考えましょう。

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ヒント1 見るところ
切り口の1辺は、立方体の1つの面の上にあります。

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答え
  • 辺の数の最大:6
  • 七角形にできる?:できない
解答の図
解答図:切り口の辺の数は、どこまで増える?ABCDEFGH

考え方

立方体の1つの面の上にできる切り口の線は、多くても1本です。立方体には6つの面があるので、切り口の辺も6本をこえることはありません。

解答図のように6つの面すべてを通れば、実際に六角形ができます。したがって最大6本で、七角形にはできません。

標準05〜08

05
標準

角を1つ切り落とした、残りの立体

問題の図
問題図:角を1つ切り落とした、残りの立体ABCDEFGHPQR

P・Q・Rは、それぞれ辺AB・AD・AEの中点です。

平面PQRで、Aをふくむ小さい三角すいを切り取ります。

  1. 残った立体の頂点は何個ありますか。
  2. 残った立体の辺は何本ありますか。
  3. 残った立体の面は何面ありますか。

上面ABCD・底面EFGH。図の見た目だけで判断せず、問題の条件で考えましょう。

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ヒント1 見るところ
もとの立方体から、消えた部分と増えた部分を分けて数えよう。

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答え
  • 残りの頂点の数:10
  • 残りの辺の数:15
  • 残りの面の数:7
残った大きい立体
解答図:角を1つ切り落とした、残りの立体BCDEFGHPQR

考え方

元の頂点8個からAがなくなり、P・Q・Rの3個が増えます。
頂点:8−1+3=10個

元の辺12本のうち3本は短くなりますが、なくなる辺はありません。切り口の3辺が増えます。
辺:12+3=15本

元の6面はどれも残り、新しい切り口が1面増えます。
面:6+1=7面

06
標準

底面と高さを見つけて、体積を求める

問題の図
問題図:底面と高さを見つけて、体積を求めるABCDEFGHPQR

立方体の1辺:8cm

1辺8cmの立方体です。P・Q・Rは、それぞれ辺AB・AD・AE上にあります。

AP=2cm、AQ=4cm、AR=6cmです。

平面PQRで切り、Aをふくむ三角すいを取り除きます。

  1. 取り除いた三角すいの体積は何cm³ですか。
  2. 残った立体の体積は何cm³ですか。

上面ABCD・底面EFGH。図の見た目だけで判断せず、問題の条件で考えましょう。

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ヒント1 見るところ
三角すいの底面と、それに垂直な高さを選ぼう。

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答え
  • 取り除いた体積(cm³):8
  • 残りの体積(cm³):504
解答の図
解答図:底面と高さを見つけて、体積を求めるABCDEFGHPQR

立方体の1辺:8cm

考え方

三角形APQを底面にします。APとAQは直角に交わります。
底面積:2×4÷2=4cm²

ARは面ABCDに垂直なので、高さは6cmです。斜めの線RPやRQは高さではありません。
取り除く体積:4×6÷3=8cm³

立方体の体積:8×8×8=512cm³
残りの体積:512−8=504cm³

07
標準

向かい合う2つの角を切り落とす

問題の図
問題図:向かい合う2つの角を切り落とすABCDEFGHPQRSTU

立方体の1辺:12cm

1辺12cmの立方体です。P・Q・Rは、辺AB・AD・AEの中点です。

S・T・Uは、辺GF・GH・GCの中点です。

平面PQRと平面STUで、AとGの角を切り取ります。

  1. 切り取った三角すい1個の体積は何cm³ですか。
  2. 残った立体の体積は何cm³ですか。

上面ABCD・底面EFGH。図の見た目だけで判断せず、問題の条件で考えましょう。

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ヒント1 見るところ
中点なので、切り取る部分の辺の長さはもとの半分です。

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答え
  • 三角すい1個(cm³):36
  • 残りの体積(cm³):1656
解答の図
解答図:向かい合う2つの角を切り落とすABCDEFGHPQRSTU

立方体の1辺:12cm

考え方

切り取る2個の三角すいは同じ大きさです。中点までの長さは12÷2=6cmです。
1個の体積:(6×6÷2)×6÷3=36cm³

切り取る2つの部分は重なりません。
取り除く体積:36×2=72cm³
立方体の体積:12×12×12=1728cm³
残りの体積:1728−72=1656cm³

08
標準

平行な線を使って、五つ目の点まで

問題の図
問題図:平行な線を使って、五つ目の点までABCDEFGHPQR

立方体の1辺:8cm

1辺8cmの立方体です。Pは辺AE上、Qは辺BF上、Rは辺FGの中点です。

AP=2cm、BQ=6cmです。

平面PQRと辺GH・DHとの交点を、

それぞれS・Tとします。

  1. 切り口はどのような形ですか。
  2. GSの長さは何cmですか。
  3. DTの長さは何cmですか。

上面ABCD・底面EFGH。図の見た目だけで判断せず、問題の条件で考えましょう。

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ヒント1 見るところ
同じ面の上にある切り口の2点を結ぼう。

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答え
  • 切り口の形:五角形
  • GS(cm):4
  • DT(cm):6
解答の図
解答図:平行な線を使って、五つ目の点までABCDEFGHPQRST

立方体の1辺:8cm

考え方

面BCGFと面ADHEは平行なので、QRとPTは平行です。QF=8−6=2cm、FR=4cmです。

QRは底面に平行な向きに4cm進むと2cm下がります。PTでは8cm進むので、下がる長さは4cmです。
Pの高さは6cm、Tの高さは2cmなので、DT=8−2=6cmです。

PQとTSも平行です。PQは横8cmで4cm下がり、TSは2cm下がるので、横の長さHSは半分の4cmです。
GS=8−4=4cm。切り口PQRSTは五角形です。

応用09〜11

09
応用

6つの中点を通る切り口

問題の図
問題図:6つの中点を通る切り口ABCDEFGHPQR

立方体の1辺:6cm

1辺6cmの立方体です。P・Q・Rは、それぞれ辺AB・BF・FGの中点です。

この3点を通る平面で切ります。

  1. 切り口の最もくわしい形の名前を答えましょう。
  2. 切り分けた立体1個の体積は何cm³ですか。

上面ABCD・底面EFGH。図の見た目だけで判断せず、問題の条件で考えましょう。

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ヒント1 見るところ
中点どうしを結び、向かいの面まで線を続けよう。

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答え
  • 切り口の形:正六角形
  • 立体1個の体積(cm³):108
解答の図
解答図:6つの中点を通る切り口ABCDEFGHPQRSTU

立方体の1辺:6cm

考え方

平行な面の切り口は平行になることを使ってたどると、残りの3点S・T・Uも辺GH・DH・DAの中点になります。

切り口の6辺は、同じ大きさの直角二等辺三角形の斜めの辺なので、すべて同じ長さです。どの頂点でも2つの面を同じように切るため、6つの角も等しくなります。辺と角がそれぞれ等しいので、正六角形です。

この切る平面は立方体の中心を通り、両側にできる立体は同じ形・大きさです。
1個の体積:6×6×6÷2=108cm³

10
応用

4つの頂点を結んだ、中央の立体

問題の図
問題図:4つの頂点を結んだ、中央の立体ABCDEFGH

立方体の1辺:6cm

1辺6cmの立方体の、頂点A・C・F・Hを結んだ立体を考えます。

図の線は、この4点を2点ずつ結んだものです。

  1. この立体の最もくわしい名前を答えましょう。
  2. この立体の体積は何cm³ですか。

上面ABCD・底面EFGH。図の見た目だけで判断せず、問題の条件で考えましょう。

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ヒント1 見るところ
結んだ線は、立方体の各面の対角線です。

答え・解説を見る
答え
  • 立体の名前:正四面体
  • 体積(cm³):72
解答の図
解答図:4つの頂点を結んだ、中央の立体ABCDEFGH

立方体の1辺:6cm

考え方

6本の辺は、どれも立方体の面の対角線で、同じ長さです。4つの面がすべて同じ大きさの正三角形なので、正四面体です。

B・D・E・Gのまわりにある4個の三角すいを、立方体から引きます。
1個の体積:(6×6÷2)×6÷3=36cm³

立方体の体積:6×6×6=216cm³
中央の体積:216−36×4=72cm³
正四面体の斜めの高さを求めずに計算できます。

11
応用

6つの面の中心を結んだ立体

問題の図
問題図:6つの面の中心を結んだ立体ABCDEFGHPUQRST

立方体の1辺:6cm

1辺6cmの立方体です。となり合う面の中心どうしを結んだ立体を考えます。

Pは上面、Uは底面、Q・R・S・Tは側面の中心です。

  1. この立体の名前を答えましょう。
  2. 頂点は何個ありますか。
  3. 辺は何本ありますか。
  4. 面は何面ありますか。
  5. 体積は何cm³ですか。

上面ABCD・底面EFGH。図の見た目だけで判断せず、問題の条件で考えましょう。

ヒントを見る

ヒント1 見るところ
上と下に分けると、同じ形のすい体が見つかります。

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答え
  • 立体の名前:正八面体
  • 頂点の数:6
  • 辺の数:12
  • 面の数:8
  • 体積(cm³):36
解答の図
解答図:6つの面の中心を結んだ立体ABCDEFGHPUQRST

立方体の1辺:6cm

考え方

8つの面が同じ大きさの正三角形になるので、正八面体です。2つの四角すいを上下に合わせた形として数えます。
頂点6個、辺4+4+4=12本、面4+4=8面

QRSTは、1辺6cmの水平な正方形の4辺の中点を結んだ正方形です。四すみの三角形を引くと、底面積が求められます。
6×6−(3×3÷2)×4=18cm²

四角すい1個の高さ:6÷2=3cm
全体の体積:18×3÷3×2=36cm³

入試チャレンジ12

12
入試チャレンジ

平行な2つの切り口の間の体積

問題の図
問題図:平行な2つの切り口の間の体積ABCDEFGHPQRS

立方体の1辺:12cm

1辺12cmの立方体です。P・Q・Rは、それぞれ辺AB・AD・AE上にあります。

AP=3cm、AQ=4cm、AR=6cmです。

辺AB上にAS=6cmとなる点Sをとります。Sを通り、平面PQRに平行な平面と、辺AD・AE(頂点をふくむ)との交点をそれぞれT・Uとします。

  1. ATの長さは何cmですか。
  2. AUの長さは何cmですか。
  3. 立方体のうち、切り口PQRとSTUにはさまれた部分の体積は何cm³ですか。

上面ABCD・底面EFGH。図の見た目だけで判断せず、問題の条件で考えましょう。

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ヒント1 見るところ
平行な切り口では、Aから各交点までの長さの比がそろいます。

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答え
  • AT(cm):8
  • AU(cm):12
  • 切り口の間の体積(cm³):84
解答の図
解答図:平行な2つの切り口の間の体積ABCDE=UFGHPQRST

立方体の1辺:12cm

考え方

平行な2つの平面の切り口は、各面でも平行です。AS:AP=6:3=2:1なので、ATはAQの2倍、AUはARの2倍です。
AT=4×2=8cm、AU=6×2=12cm
AUは立方体の1辺と同じ長さ。UはEと重なります。

大きい三角すいASTUから、小さい三角すいAPQRを引きます。
大:(6×8÷2)×12÷3=96cm³
小:(3×4÷2)×6÷3=12cm³

はさまれた部分:96−12=84cm³
長さが2倍になると、体積は2×2×2=8倍です。96=12×8でも確認できます。

紙でもう一度、確かめよう

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