本题导读

本题考查正弦定理与余弦定理,以及解三角形的实际应用。

📌【题干】

Question

(2019年全国卷II(文))中国有悠久的金石文化,印信是其代表之一。南北朝时期官员独孤信的印信形状是“半正多面体”(图1)。半正多面体是由两种或两种以上的正多边形围成的多面体。图 2 是一个棱数为 48 的半正多面体,它的所有顶点都在同一个正方体的表面上,且此正方体的棱长为 1。则该半正多面体共有 个面,其棱长为 。

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 面数计数:
  • 观察图 2 的结构,该多面体具有明显的对称性,可以采用分层计数法。

  • 分别数出顶部、中间带、底部的面数加总。

  • 或者利用欧拉公式 进行校验(如果能数出顶点数 )。

  1. 棱长计算:
  • 几何还原:该半正多面体实际上是一个正方体通过“切八个角”和“切十二条棱”形成的小斜方截半立方体。
  • 建立关系:设半正多面体的棱长为 。在正方体的每一条棱上,都会剩下中间的一段(即半正多面体的正方形面的一边)和两端的三角形/矩形切角部分。
  • 截面分析:考虑正方体的一个面,它被截去四个角后变成了一个正八边形(或在本题结构中为特定的形状)。利用直角三角形的勾股关系建立 与正方体棱长 1 的方程。

✅【答案】

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26;

✍【详细解析】

Abstract

【答案】 26;

【解析过程】

第一空:求面数 通过观察图 2,可以将该多面体分为上、中、下三层:

  1. 顶层:1 个正八边形(中心)+ 4 个正方形 + 4 个正三角形 = 9 个面。
  2. 底层:与顶层对称,同样有 9 个面。
  3. 中间层:由 8 个正方形组成(环绕一周)。 总面数 个。 (注:该几何体由 18 个正方形和 8 个正三角形组成,共 26 面。)

第二空:求棱长 设该半正多面体的棱长为 。 将该多面体放回棱长为 1 的正方体中。正方体的一条棱(长度为 1)由以下三部分组成:

  1. 中间一段:半正多面体正方形面的边长,长度为 。
  2. 两端各一段:由切角形成的直角三角形的直角边。 观察切角处:半正多面体的面(如正三角形或正方形)的棱是由正方体表面的切痕形成的。 在一个切点附近,由于半正多面体的棱长相等,切去的小直角三角形的斜边为 。 根据等腰直角三角形关系,该小直角三角形的直角边长度为 。

因此,正方体的整条棱长可以表示为: 解得: 。

故填:26;。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

文化与数学的结合: 高考常利用此类题目考查空间想象能力。独孤信印(26面体)是典型的阿基米德多面体,在建筑和艺术中广泛存在。 立体几何平面化: 计算棱长的核心在于将 3D 的边长关系投影到正方体的 1D 棱长或 2D 表面上。

易错警示:

  1. 数面数时容易漏掉中间一圈的立面。
  2. 计算棱长时,如果不画出正方体截角的局部放大图,很难看清 、 和 之间的线性组合关系。

📖【试题探源与推广】

Tip

在 Obsidian 笔记中,可以整理以下知识点:

  1. 欧拉公式:。本题中 。验证:每层 8 个顶点,共三层,确实是 24 个。
  2. 切角规律:
  • 截半立方体:由正方体切去 8 个角(至棱中点)得到。
  • 小斜方截半立方体(本题):由正方体切去角和棱得到。

🔗【关联脉络】

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