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【數(shù)學(xué)思考】包裝問題VS分割問題

 昵稱83478162 2025-05-02 發(fā)布于上海

除了正方體拼搭過程中表面積發(fā)生變化,長方體也會發(fā)生。而現(xiàn)實(shí)生活中的“包裝問題”和“分割”問題就和表面積的變化有關(guān)。

問題一 包裝問題

例題:要將兩盒相同的巧克力(長3分米,寬2分米、高1分米)用包裝紙包裝在一起。怎樣包裝才能使包裝紙用的最少?(不計(jì)損耗和接縫)

有幾種包裝方法,取決于長方體的特征。一般長方體有3組不同的面,就有三種不同的拼法。

那到底哪一種拼法表面積最???或者說拼完后的表面積如何計(jì)算呢?

方法一:利用拼后長方體公式計(jì)算

(1)將上下兩個(gè)面重疊

(2)將左右兩個(gè)面重疊

(3)將前后兩個(gè)面重疊

所以,采用第一種包裝用紙最少。

方法二:利用表面積變化去計(jì)算

由于這個(gè)長方體有三組不同的面,所以有三種不同的拼法。每一次拼后就會消失兩個(gè)面。當(dāng)然拼走的面越大,剩下的面積就越少。

所以利用原來2個(gè)長方體表面積之和—消失的兩個(gè)面面積等于現(xiàn)在長方體的表面積。這里的“2”不要遺漏。

方法三:利用長方體面的特點(diǎn)去計(jì)算

兩個(gè)長方體應(yīng)該有4個(gè)上下面,4個(gè)前后面,4個(gè)左右面。每種拼法都會消失兩個(gè)面。

(1)上下面重疊:新組成的長方體就有2個(gè)原來長方體的上下面,4個(gè)前后面,4個(gè)左右面。

(2)左右面重疊:新組成的長方體就有4個(gè)原來長方體的上下面,4個(gè)前后面,2個(gè)左右面。

(3)前后面重疊:新組成的長方體就有4個(gè)原來長方體的上下面,2個(gè)前后面,4個(gè)左右面。

小結(jié):兩個(gè)長方體不管怎樣重疊,每次都會減少兩個(gè)面,重疊的面越大,拼成的長方體的表面積就越?。恢丿B的面越小,拼成的長方體的表面積就越大。

三種不同的計(jì)算方法,思考的方式是不同的。

那如果是個(gè)“特殊”的長方體(有兩個(gè)面是正方形),還是有三種拼法嗎?

顯然這里只有兩種情況,因?yàn)榇藭r(shí)長方體只有兩種長方形的面。此時(shí)學(xué)生依然可以用剛才的三種思考方法之一求求它們的表面積。

反過來,如果將一個(gè)長方體進(jìn)行切割,每割一次,就增加2個(gè)面,沿著不同的方向割,增加的兩個(gè)面的面積是不一樣的。

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通過每次增加的面積,分別求出左右、前后、上下兩個(gè)面的面積,這樣就能求出原來長方體的表面積了。也就是增加的面積其實(shí)就是原來長方體的表面積。

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當(dāng)然,每切割一次,就增加2個(gè)大正方形的面,那切割了3次,就相當(dāng)于增加了上下、前后、左右6個(gè)面。所以切割后的8小正方體表面積之和比原來大正方體的表面積增加的面積,就是原來這個(gè)大正方體的表面積。

所以不管是正方體、長方體,只要拼在一起,面有重疊,并且重疊的越多,表面積就會變小。比如這三個(gè)正方體拼成一個(gè)組合體,顯然第2種的拼法組合體的表面積更小。

問題二 分割問題

從長方體中分割出一塊以后的立體圖形面積

例1:從一個(gè)棱長為8的正方體角上挖去一個(gè)長寬高分別為a、b、c的小長方體(a、b、c都小于8),求所得新幾何體的表面積。

:表面積=8×8×6=384,表面積不變。

之前已經(jīng)探究過挖走正方體的情況。除了從角上挖去以外,還可能是從棱上挖,或者從面上挖,另外挖的時(shí)候是否穿透,解題時(shí)需根據(jù)不同情況分別對待。

下面三幅圖分別表示了未穿透的三種情況。

假設(shè)原來正方體的棱長都是8,挖去的都是2×3×4的小長方體。上述例題即圖1所示,減少的面均得到彌補(bǔ),所以表面積與未挖時(shí)一樣。

        圖1                       圖2                           圖3

?由圖2可知,挖去后新幾何體中有兩組面彌補(bǔ)了原圖形表面積,但還有一組面是多出來的,即ABFE和CDGH因此,新幾何體的表面積總體來說比原來正方體的總面積多兩個(gè) ABFE 的面積。

表面積 = 8×8×6+(2×3)×2=396

?由圖3可知,挖去后新幾何體比原來正方體的總面積多出了上下左右四個(gè)面的面積。

表面積 =  8×8×6+(2×3)×2+(2×4)×2=412

那如果穿透呢?

如上圖,分別從棱長為8的正方體角上、棱上、面上挖去一個(gè)2×4×8的長方體,求新幾何體的表面積。

(1)由圖1可知,新幾何體的前后兩個(gè)面比原來的正方體前后面共少了2個(gè)AEHD面,表面積 = 8×8×6-(2×4)×2=368。

(2)由圖2可知,新幾何體的前后兩個(gè)面比原來的正方體前后面也是共少了2個(gè)AEHD面,而左右面共多了2個(gè)AEFB 面。表面積 = 8×8×6-(2×4)×2+(2×8)×2=400。

(3)由圖3可知,新幾何體的前后兩個(gè)面比原來的正方體前后面也是共少了2個(gè)AEHD面,而左右面共多了2個(gè)AEFB面,上下面也多了2個(gè)EHGF面。

表面積= 8×8×6-(2×4)×2 +(2×8)×2 +(4×8)×2 = 464.

關(guān)于表面積變化的問題有很多。不管是上面的包裝問題,還是切割問題,只要清楚地知道面是如何變化的,就不難理解。在借助于學(xué)具的演示或信息技術(shù)的基礎(chǔ)上,還需要自己的想象,更容易發(fā)現(xiàn)變化的情況。

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