正方體切割問題規律
1)根據對稱性,包含點D的部分與包含點F的部分是相同的形狀,故我們計算一個即可。
記正方體的中心為點O,連線AH、AC、CH、AO、CO、HO。
易知,平面ACGE與ABGH的交線是直線AO,平面ACGE與BCHE的交線是直線CO,平面BCHE與ABGH的交線是直線BO。故包含點D的部分是由ADC、DHC、AHD、AOC、OHC、AHO六個面組成的(不排除共面的情況)。
要計算包含點D的部分的體積,需要判斷它的形狀,即需要判斷點O與平面ACH的關係。
在三稜錐ACHD中,過點D作線段DP⊥平面ACH。有:
故點O與點D在平面ACH的兩側。
因此包含點D的部分的形狀是兩個倒扣的三稜錐(ACHD和ACHO)。
其體積為:
2)沿著平面ABGH切一刀之後,成了兩個相同的三稜柱:
右邊的三稜柱沿著平面ACGE再切一刀,變成一個三稜錐和一個四稜錐:
其中三稜錐沿著平面BCHE再切一刀,變成兩個三稜錐:
四稜錐再切一刀,變成一個六面體(即1)問所求部分)和一個三稜錐:
至此,我們已經知道了:除了1)問中的兩個部分以外,其餘還有2×(2+1)=6個部分,並且都是三稜錐。
計算可知,它們的每條邊都如下圖所示,因此答案是肯定的。(注意,兩個立體圖形每條邊都相同未必全等,因為有可能一個是凸的,一個是凹的,但是所有的三稜錐都是凸的,所以不存在這個情況。)
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