Usunięto/Dołożono

Zadania, w których dokładamy lub usuwamy fragmenty brył należą do trudnych lub bardzo trudnych. Dlaczego? Często usuwane fragmenty są wewnątrz brył i wtedy żaden rysunek czy animacja 3D nie pomoże - trzeba sobie samemu wyobrazić jak to tam wygląda. Są to zadania, przy których wyobraźnia przestrzenna musi pracować na 100% mocy.

Pytania w typowych treściach takich zadań dotyczą najczęściej podania objętości lub, co jest zawsze trudniejsze, pola powierzchni całkowitej takiej "nowej" bryły.



Oto przykład #4:



W sześcianie 3cm x 3 cm x 3cm (podobnym do kostki Rubika), usunięto po kostce
1 cm3 ze środka każdej ściany (zobacz rysunek).
Oblicz objętość i pole powierzchni całkowitej tej "nowej" bryły.

Aby móc sobie to lepiej wyobrazić, zobacz poniżej jak to wyglada w interaktywnym 3D - obracaj, przybliżaj, a prawym klawiszem myszki przesuwaj (wszystkie klocki są w jednym kolorze aby nie rozpraszać mózgu, wystające odcinki pozwolą na lepszą orientację przy obrotach bryły, a lekkie odstępy pomiędzy kostkami pozwolą lepiej widzieć 3D).


Przesuwaj suwakiem pod bryłą aby "usuwać kostki".


Jak to rozwiązać?

Podane niżej wyjaśnienia sprawdziły się wśród uczniów ze słabą wyobraźnią 3D i są chyba najlepszą metodą w rozwiązywaniu tego typu zadań.

Usunięto kwadracik, a przybyło 4 nowe

W tym zadaniu, jak w wielu podobnych, obliczenie objętości będzie łatwe, zaś głównym problemem w obliczeniu pola powierzchni całkowitej jest środek ściany, gdzie usunięto kostkę.
Na widocznym obok rysunku widać, że kwadrat 1 cm2, wprawdzie znika ze ściany sześcianu, ale pojawia się taki sam w głębi (pokazuje to strzałka), a we wnętrzu sześcianu pojawiają się 4 nowe kwadraty (pokazują to różowe strzałki).

Tak więc po usunięciu środkowej kostki, z pola ściany sześcianu nie znika 1 cm2 (przesuwa się w głąb), a dochodzą 4 kwadraty po 1 cm2.

Rozwiązanie

Sześcian miał krawędź 3 cm, więc jego objętość to: V = 3•3•3,
czyli V = 27 cm3
Usunięta ze ściany kostka jest sześcianem o krawędzi 1 cm, więc jej objętość to 1 cm3. Usunięto 6 takich kostek, więc objętość nowej bryły to: 27 cm3 - 6 cm3 = 21 cm3

Pole powierzchni jednej ściany sześcianu to 3•3 = 9 cm2, ale jak było wyjaśnione wyżej, nie tylko nie "znika" 1 cm2, ale przybywa jeszcze 4 cm2, czyli każda ściana nowej bryły ma 13 cm2. Ścian jest 6 więc 6 • 13 cm2 = 78 cm2.