浙江 2011 · 数学 q03
题解图(原卷截图 · 含答案与官方解析)

文字转写(题面 + 答案)
题面
3、(2011•浙江)若某几何体的三视图如图所示,则这个几何体的直观图可以是( )
A、
B、
C、
D、
A、
B、
C、
D、
答案
D
本题的知识树
3 概念 · 1 题型 · 3 套路 · 1 易错点 · 最深 2 层。长链是构建期派生的,源文件里只有最小一步。
攻略(零基础 → 会做)
三角形只在一张视图里露脸——那是柱不是锥;先分层,每段各排除一次 · 最终答案:D
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三视图还原出的组合体(尺寸为示意,卷面没给数):上部件 正视图=三角形、侧视图=矩形、俯视图=矩形(三棱柱)· 下部件 正视图=矩形、侧视图=矩形、俯视图=矩形(四棱柱)· 三角形只在一张视图里露脸 ⟹ 那是柱不是锥,官方答案 D
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冷启动:先说清哪一半的已知丢了,本篇又能推到哪儿
这道题的已知缺了一块,不交代就没法往下写。 题面说「若某几何体的三视图如图所示」,可那三张视图是图,而本站两份截图(q03.png、q03-stem.png)都从题干那一行往下裁,三视图正好落在裁切线之上,一张都没进来。证据留在 q03.png 的右上角:那里还剩三视图的最后一点——一条被切掉大半的横边(被一条竖线分成两格)加上「俯视图」三个字。(已记为 issue #545。)
四个选项倒是在的。 扫描件上四张直观图印得清清楚楚(还印了两遍,页面上半一遍、下半一遍),只是转写里只剩 A、 B、 C、 D、 四个空标签。所以本篇最后一步不是抄答案,是回头看那四张图。
中间这一段的前提,只能从「解析」里借。 原卷解析把那三张视图的内容说出来了:
由已知中三视图的上部分有两个矩形,一个三角形,故该几何体上部分是一个三棱柱; 下部分是三个矩形,故该几何体下部分是一个四棱柱。
这句话是答案侧的东西,本篇拿它当前提,是因为题面那张图不在——必须明说,不能装作它是题面给的。 本篇的推理从这句出发,终点是:
这个几何体是:下面一层四棱柱(三张视图全是矩形,也就是长方体),上面驮一个三棱柱。
推到这里还差半步,这半步得单说。 「上部分有两个矩形,一个三角形」只说了三角形在某一张视图里,没说是哪一张——而正是那张视图定死了三棱柱的柱轴朝哪:
| 三角形落在 | 柱轴(三棱柱平移的方向) | 看上去像 |
|---|---|---|
| 正视图 | 前后(进深方向) | 屋脊横着躺,脊线指向纸内 |
| 侧视图 | 左右(长的方向) | 屋脊横着躺,脊线指向纸右 |
| 俯视图 | 上下(高的方向) | 三棱柱竖着立在长方体上 |
三种摆法投出来的形状清单一模一样(都是一个三角形加两个矩形),所以那句话分不开它们。这半步由选项图补上:扫描件上第四张(D)画的是——下面一个扁长方体,左端顶上驮着一个三棱柱,三棱柱的三角形截面正对读者、沿进深方向平移出去。这正是上面推出来的那一类,而且把朝向定成了「三角形落在正视图」那一种。故选 D。
(A、B、C 三张画的各是什么,扫描件的分辨率有限,本篇不逐张断言;看得清的一条是 B 的上块是一片竖直的长方体板而不是三棱柱——它的三张视图会是三个矩形,没有三角形。读者对着 q03.png 自己核一眼最稳。)
先把整道题要用的那张对照表摆出来(原卷「分析」段就是这么起手的):
这张表平时是当口诀背的,但它有一个正向和一个反向,两者的地位差得很远:正向(给了立体,算它的三张投影)是能证的定理;反向(给了三张投影的形状,反推立体)不是定理,只是在「候选都是常见基本体、都按常规姿势摆着」这个前提下才成立的候选生成器。解法一会把正向证出来,也会给一个反向失效的反例。

读题:三视图怎么分层——正视图、侧视图能一刀切开,俯视图不能
这一节不推结论,只把已知读清楚。 冷启动借来的那两句话本身就是分层给的(说的是「上部分……」「下部分……」,不是「这个几何体……」),所以「这是个上下两层的组合体」不是推出来的,是已知的一部分。要用它,得先弄明白:三张视图上,哪一张能沿分界线切开,哪一张不能。
为什么可以拆。 正投影是逐点做的:几何体上任何一点投到哪儿,只由它自己的坐标决定,与别的点在不在无关。把几何体拆成上下两块 与 (分界高度 ),则对三个投影方向中的每一个都有
这是恒等式,三张视图都成立。但「投影取并」和「图能一刀切开」是两回事,必须分开说:
- 正视图与侧视图沿水平方向投影, 原样保留。 整块落在 、 整块落在 ,所以两者的像在图上分居那条分界线的两侧,一刀切开,上半就是 、下半就是 。
- 俯视图沿 投影, 被丢掉了。 与 的像落在同一张水平图上、互相叠着,俯视图里根本没有那条分界线,也切不开。上段的俯视图在图上表现为外轮廓内部的那条线围出来的一块——它得单独读,不是切出来的。
所以准确的说法是:分层靠的是正视图与侧视图上那条对得齐的横线,它们各切出两段;每段的第三张脸(俯视图)另从内部线读。原卷那句「上部分有两个矩形,一个三角形」,说的正是这么读出来的三张。
下段的三张脸从哪儿来。 正视图与侧视图沿分界线切开,下半那两张就是下段的;俯视图的外轮廓就是下段的俯视图(上段的投影落在它内部,那条内部线围出的才是上段的)。三张凑齐:三个矩形。
解法一:按类排除——锥要两个三角形、台要两个梯形,都对不上,只剩柱
怎么想到的。 冷启动摆出的那张对照表,平时是当口诀背的。这条路不背它,把它拆开:它的正向是三条能证的命题,证完了表就不用背了;而反着读为什么也敢用、什么时候不敢,也一并清楚了。整道题的推理只需要这三条命题加一次逐类排除,不需要任何别的现成结论。
先约定清楚在说什么。 「投影」指的是立体在那个方向上的影子(一个点集);对凸多面体,影子就是各顶点投影的凸包。「常规摆放」对三类各有各的意思,得分开说:柱要求是直柱体、且柱轴沿某个投影方向(横截面 因此正对着另一个投影方向,不必「底面水平」——本题上段那个三角形正对读者的三棱柱正是这一种);锥与台要求底面水平(放在 上)。下面三条命题,只在这个范围内成立——范围一破就有反例,这一节末尾给一个。
命题一(柱)。 直柱体是一个平面图形 沿垂直于它的方向平移出来的。设平移方向是 ,立体就是 , 躺在 平面里。那么
- 丢 :影子就是 本身( 若不是凸的,这张视图的轮廓也就不是凸的,仍是 );
- 丢 :得到 ,其中 是 在竖直方向占的那段区间——两个区间的乘积,是矩形;
- 丢 :同理得 ,也是矩形。
于是:直柱体给出「 本身 两个矩形」,且 的边数就是 。「两个矩形」这三个字,说的正是「沿这两个方向看过去粗细从头到尾不变」——这就是柱的定义念出来的样子。(斜棱柱不在此列:平移方向不垂直于 时,沿平移方向看到的那张不再是 ,「 两个矩形」这个签名就破了——至于另两张具体变成什么,看剪切往哪个方向偏,不一定都是平行四边形,但本题用不到。)
命题二(锥)。 底面多边形 在 ,顶点 ,。丢 :底面上所有点都落到 那条水平线上,占一段区间 ;顶点落到 。影子就是以 、、 为顶点的三角形。丢 同理。于是:锥体给出至少两个三角形(正视图与侧视图)。
(俯视图不一定是三角形——这一点常被口诀带偏。丢 得到的是 与 的水平投影一起的影子;顶点落在底面内部时,那就是 本身。四棱锥的俯视图是个四边形,不是三角形。)
命题三(台)。 下底 在 、上底 在 且比 小。丢 :下底投成一条长线段、上底投成一条短线段,两条平行且不等长,影子是梯形。丢 同理。于是:台体给出至少两个梯形。
三条并排一看,反着读为什么敢用就清楚了:
三个「像」互不相同,所以只要那个立体确实落在「锥 / 台 / 直柱 常规摆放」这张候选表里,看见哪一种成对出现,就能倒推回是哪一类。这就是那张对照表——它不是凭空的口诀,是三条命题的逆用。
候选表这个前提不能省,省了就是假的。 举个反例:正方体 的四个交错顶点
围成一个正四面体。它的三张视图——丢 、丢 、丢 各算一次——全是边长 的正方形。可它是个三棱锥,一点也不像长方体。所以「三张视图都是矩形 长方体」不是定理;它在考场上管用,靠的是「四个选项都是常见基本体、都按常规姿势摆着」这个题设。(这个反例的三次投影,脚本里也现算过。)
回到本题。 整个几何体是两个柱拼起来的,它本身不在候选表里——所以不能整体套表。必须先分层(上一节:正视图与侧视图沿分界线切开,俯视图另读),分完,每一段单独是一个基本体,这才落回表内。然后逐类排除:
- 上段是「一个三角形 两个矩形」。要判成锥,得有两个三角形(命题二),只有一个,排除;要判成台,得有两个梯形(命题三),一个都没有,排除;剩下柱(命题一), 就是那个三角形, 条边,故是三棱柱。
- 下段是「三个矩形」。同理排除锥与台,是柱;三张全是矩形,所以无论把哪一张当成横截面 , 都是四边形, 条边,故是四棱柱(「剩下那张」在这里不唯一,但三种取法给出的 都是 ,结论不受影响)。
(顺带更正原卷一处笔误:「点评」把台那一行写成「有两个为梯形和一个多边形,则该几何体为 棱柱」,应作 棱台——同一段的「分析」写的是「有两个梯形即为台体」,讲旋转体那几句也一律把「两个梯形」归到台,前后自相矛盾。校订层照留原文,此处指出。)
推到这里,本条路走完了:这个几何体是「下面一个四棱柱,上面驮一个三棱柱」。
最后一步不是推理,是读图。 柱轴朝哪,已知里没有(冷启动那张三行表列了三种可能),所以落到字母上靠的是回头看卷面那四张选项图——扫描件上第四张画的正是「扁长方体 左端驮一个三角形截面正对读者的三棱柱」。选 D。这一步是观察,不是从上面的命题推出来的,本篇不把它算进论证。
回验:把还原出来的立体摆出来,投影回去,三张脸逐张对
这一节不是第二条解法,是给上面那条结论做的一次体检。 上面走的是「视图 立体」;这里反着走一遍:把结论里那个立体摆出来,把它的三张视图真算一遍,再回头对。这个方向不需要任何对照表——正投影是有定义的运算,算得出来,每一步都能查。它能证的只有「这个立体确实会投出那组视图」,证不了「只有它会」(那要看卷面那三张原图,而原图缺失),所以它只配当回验,不配当解法。
摆坐标。 取 向右(长)、 向后(进深)、 向上(高):
- 下段:长方体 ;
- 上段:一个三棱柱,横截面是 平面里的三角形 (坐落在 那个面上、只占左边一段 ,),沿 方向从 平移到 。
与三角形 的具体形状一个都不重要,下面三次投影用不到它们的数值。
投三次。 正投影就是「丢掉一个坐标」:正视图丢 、侧视图丢 、俯视图丢 。
| 丢掉 | 下段投出 | 上段投出 | |
|---|---|---|---|
| 正视图 | 矩形 | 三角形 | |
| 侧视图 | 矩形 | 矩形 | |
| 俯视图 | 矩形 | 矩形 |
逐格核一下这张表怎么来的。 上段是「 沿 平移 」这件事,把三格都定死了:
- 丢 :平移方向被丢掉,剩下的就是 本身——三角形;
- 丢 :剩下 。 跑遍 , 跑遍 在竖直方向的范围 ( 是 的高),而且这两件事互不牵连( 平移时形状不变),所以投影是整块矩形 ;
- 丢 :同理得 ,其中 是 在水平方向的范围。
后两格之所以是矩形而不是别的形状,根子就在「沿 平移、粗细不变」这一句——这正是柱与锥的分水岭,上一节已经把它写成了命题一。注意俯视图那一格:下段投出整块 ,上段投出它左边的一条 ,两者叠在一起——所以俯视图上看到的是一个大矩形加一条内部线,上段的那一格是从这条线读出来的,不是切出来的(读题那一节说的就是这件事)。
回对。 把表竖着念:
- 上段在三张视图里给出 一个三角形 两个矩形;
- 下段给出 三个矩形。
两行与解析那两句逐字相符。这一步能证的、不能证的,得分清:能证的是「这个候选立体确实会投出解析描述的那组视图」;不能证的是「只有它会」——那要看卷面那三张原图,而原图缺失(见冷启动)。
别拿「长对正、高平齐、宽相等」当兜底——它兜不住。 这三条对任何一个立体的三张正投影都自动成立:正视图与俯视图上的横坐标本来就是同一个 ,正视图与侧视图上的竖坐标本来就是同一个 ,侧视图的横向与俯视图的纵向本来就是同一个 。恒真的检查一点信息都没有,它查的是「三张图在纸上有没有摆错位、读错行」,不是「还原得对不对」。
真正有分辨力的一步,是把别的候选也投一遍。 按常规姿势摆(底面水平、柱轴沿某个投影方向),各投三次:
四行的形状清单两两不同,而解析描述的是「一个三角形 两个矩形」——四行里只有末一行对得上。(这张表不是抄来的:q03-figure.py 里把这四个立体各摆了一组顶点,凸包投影现算,算不出这四行就报错。这四行不是穷尽——它只说明常见基本体里能给出这组形状的就是三棱柱。)
这张表把上段钉死在「三棱柱」上。 四行两两不同,而已知给的是「一个三角形 两个矩形」——常见基本体里只有三棱柱给得出。下段的「三个矩形」同理只剩长方体那一行(锥要两个三角形、台要两个梯形,都不在)。所以回验的结果与上面那条解法完全一致:下四棱柱 上三棱柱。
它同样定不了柱轴朝哪。 把末一行的三棱柱换成「三角形朝右」或「三棱柱竖着立」,投出来的形状清单还是一个三角形加两个矩形,只是三角形换了一张视图落脚。回代能坐实「上段是三棱柱」,坐实不了朝向——那条信息在已知里就没有。
为什么本篇只有一条解法
三视图题通常能摆出好几条路:反着读对照表、逐个候选投影回验、按类排除……这道题只写了一条,是因为已知缺了一块。
卷面那三张视图没进扫描件(issue #545),本篇中间那段「上部分有两个矩形,一个三角形」只能从原卷解析里借。借来的前提对三条路是同一个:谁也不比谁更接近题面。于是「反着读对照表」与「投影回验」这两条,扒掉外壳之后,做的都是同一件事——拿借来的读数去印证一个借来的结论,它们不是三条独立的证明,是同一条证明的三种叙述。
所以本篇只留了信息量最大的那一条:把对照表的正向证成三条命题,再逐类排除。 它的好处是——
- 每一步都能自己查:三条命题各有两行证明,不依赖任何口诀;
- 它自己划出了适用边界:候选表这个前提写在明面上,还配了一个正四面体的反例说明反着读什么时候会塌;
- 借来的那部分被压到最小:只借「每段三张视图各是什么形状」这一句读数,别的一律现推。
另外两条的可用部分没有丢:分层怎么读,提到了上面「读题」那一节;投影回验,放在解法后面当体检。图一旦补齐(#545 解决之后),这两节都能升格成独立解法——那时它们的输入就来自题面,而不是解析。
易错
其一,看见三角形就写「锥」。 这是本题真正的坑。判据不是「有没有三角形」,是「三角形出现在几张视图里」:按常规姿势摆着时,锥的正视图与侧视图都是三角形(解法一命题二);只有一张是三角形、另两张是矩形,那是横放的棱柱。本题上段正是这一种。
其二,以为俯视图也能一刀切开。 分层靠的是正视图与侧视图——它们保住了高度,上下两段的像分居分界线两侧。俯视图沿高度方向投影,两段的像完全叠在一起,图上没有那条线;上段的俯视图要从外轮廓内部的那条线读出来。把「三张图一起切」当成理所当然,第三张脸就成了凭空的。
其三,认出了类,就以为做完了。 「两个矩形加一个三角形」没说三角形在哪一张视图里,而那正是柱轴的朝向。三种摆法(三角形分别落在正视图 / 侧视图 / 俯视图)给出的形状清单完全一样,选项之间的差别往往就藏在这儿。看图时要专门盯一眼:那个三角形是从哪个方向看到的。
其四,组合体不分层,整体去套表。 整个立体是两个柱拼起来的,它不在「锥 / 台 / 柱」这张候选表里,硬套哪一条都不像。对照表只对单个基本体有效;组合体必须先分层,分完每段才落回表内。
其五, 数错。 由「另外那张视图」的边数定,不是由三角形的个数、也不是由矩形的个数定。上段那张三角形有 条边,故是三棱柱;下段剩下那张矩形有 条边,故是四棱柱。
其六,把梯形看成三角形。 这两者在视图上只差一条短横线,可结论要从「柱 / 锥」跳到「台」。原卷「点评」自己在这一条上写错了一个字(见解法一),可见它有多容易错。