浙江 2017 · 数学 q03

题解图(原卷截图 · 含答案与官方解析)

浙江 2017 · 数学 q03 原卷截图(含答案)

文字转写(题面 + 答案)

题面

3.(5分)某几何体的三视图如图所示(单位:cm),则该几何体的体积(单位:cm2\mathrm{cm}^{2})是( )

A.π2+1\frac{\pi}{2} + 1 B.π2+3\frac{\pi}{2} + 3 C.3π2+1\frac{3 \pi}{2} + 1 D.3π2+3\frac{3 \pi}{2} + 3

A.π2+1\frac{\pi}{2} + 1B.π2+3\frac{\pi}{2} + 3C.3π2+1\frac{3 \pi}{2} + 1D.3π2+3\frac{3 \pi}{2} + 3

答案

A

本题的知识树

3 概念 · 2 公式 · 1 题型 · 1 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)

三视图还原求体积 · 拆成半圆锥加三棱锥,或先把俯视图合成一块底面只算一次 · 最终答案:A

转着看 · 换个机位再判断

三视图还原出的组合体:半圆那半边立成半个圆锥(底半径 r=1r=1),三角形那半边立成三棱锥(底是以直径 22 为斜边的等腰直角三角形,S=1S=1),两块共用顶点 SS、公共高 h=3h=3,沿轴截面 SABSAB 粘在一起 ⟹ V=r2h6π+S△h3=12π+1V=\frac{r^{2}h}{6}\pi+\frac{S_{\triangle}h}{3}=\frac{1}{2}\pi+1(官方答案 A)

机位自由视角

拖动旋转 · 滚轮缩放(触屏双指)

冷启动:三视图怎么读回一个立体

这类题的难点从来不在算,在还原——三张平面图要在脑子里拼回一个立体。先把三张图各管什么记住:

视图从哪个方向看给出的两个尺寸
正视图从前往后宽 × 高
侧视图从左往右深 × 高
俯视图从上往下宽 × 深

「高」只在正视图与侧视图上,「深」只在侧视图与俯视图上。 拿正视图的高去当深度,是这类题最稳定的翻车方式。

本题三张图给的是:

  • 正视图:一个三角形,底 1+1=21+1=2,高 33;
  • 侧视图:同样是底 22、高 33 的三角形;
  • 俯视图:上半是一个半圆,下半是一个尖朝下的三角形,两者共用中间那条水平线。

读出三条结论。

  1. 俯视图就是这个立体在地面上的投影轮廓,也就是它的底面:半圆 + 三角形。
  2. 正视图、侧视图都是三角形(上尖下宽),说明这个立体越往上越细,收到一个点——它是个锥。
  3. 那个尖点的高是 33;而正视图与侧视图的尖都在正中间,说明尖点就在底面中心的正上方。

半圆的半径:俯视图那条水平线(半圆的直径)被正视图标成了 1+1=21+1=2,所以

r=1,直径=2,h=3r=1,\qquad \text{直径}=2,\qquad h=3

下半的三角形以这条直径为斜边,是个等腰直角三角形(尖朝下,两腰相等且夹角为直角)。

教学图:俯视图那块底面,上半是半径 1 的半圆(面积 π/2)、下半是以直径 2 为斜边的等腰直角三角形(面积 1),下方给出体积算式 V=π/2+1,官方答案 A

到这里题目已经变成:一个高 33、顶点在中心正上方、底面是「半圆 + 三角形」的锥体,求体积。

解法一:分块求和

怎么想到的。 底面由两块拼成,那就沿着那条直径把立体竖着切开,两块各是一个见过的标准几何体,各套各的公式再相加。

① 半圆那块 = 半个圆锥。 顶点在圆心正上方、底是半个圆——把它补上另一半,就是一个底面半径 r=1r=1、高 h=3h=3 的完整圆锥。所以它的体积是整锥的一半:

V1=12⋅13πr2h=12⋅13π⋅12⋅3=π2V_{1}=\frac12\cdot\frac{1}{3}\pi r^{2}h=\frac12\cdot\frac{1}{3}\pi\cdot 1^{2}\cdot 3=\frac{\pi}{2}

② 三角形那块 = 一个三棱锥。 先算它的底面积。这个等腰直角三角形的斜边是 22,尖朝下。直角顶点到斜边的距离等于斜边的一半(直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半,而等腰时这条中线就是高),即 11,于是

S△=12×2×1=1S_{\triangle}=\frac12\times 2\times 1=1

再套锥体体积:

V2=13S△h=13×1×3=1V_{2}=\frac{1}{3}S_{\triangle}h=\frac13\times 1\times 3=1

③ 相加。

V=V1+V2=π2+1V=V_{1}+V_{2}=\frac{\pi}{2}+1

对照选项,故选 A。

解法二:先合底面再算一次

怎么想到的。 上一条路把 13⋅(底)⋅(高)\dfrac13\cdot(\text{底})\cdot(\text{高}) 算了两遍,而两块的高相同、顶点还是同一个点。既然如此,何必分开——把两块底面先加成一块,整体就是一个锥体,公式只用一次。

判据是这么一句:顶点是同一个、底面在同一个平面上,那么「两个锥体拼起来」与「一个以合并底面为底的锥体」是同一个立体。本题正视图与侧视图的尖都在正中且高都是 33,正说明两块共用那一个顶点。

① 把俯视图的面积加起来。

S=πr22⏟半圆+S△⏟三角形=π2+1S=\underbrace{\frac{\pi r^{2}}{2}}_{\text{半圆}}+\underbrace{S_{\triangle}}_{\text{三角形}}=\frac{\pi}{2}+1

② 套一次锥体公式。

V=13Sh=13(π2+1)×3=π2+1V=\frac13 S h=\frac13\left(\frac{\pi}{2}+1\right)\times 3=\frac{\pi}{2}+1

确认是 A。

顺带解释了一个巧合。 本题的答案在数值上恰好等于底面积,看着像是「体积 = 面积」这种荒唐事。原因就在这条路上:高是 33,而锥体公式带着 13\dfrac13,两者正好抵消。换成高 66 的同一个立体,答案就变成 π+2\pi+2,与底面积不再相等。

这两条路差在哪。 解法一是通用的:无论两块高不高、顶点同不同,分块求和永远成立,是这类题的默认打法。解法二快得多,但它有一个必须先验的前提——同顶点、同底面;前提不成立时(比如一块是锥、一块是柱)合并底面就是错的。所以顺序应该是:先看一眼两块是不是共顶点,是就走解法二,不是就老实分块。

四个选项来自同一个动作的四种做法——那个 13\dfrac13 除没除。

选项值半圆锥那块三棱锥那块
Aπ2+1\dfrac{\pi}{2}+112⋅13πr2h=π2\dfrac12\cdot\dfrac13\pi r^2h=\dfrac{\pi}{2} ✓13S△h=1\dfrac13S_\triangle h=1 ✓
Bπ2+3\dfrac{\pi}{2}+3✓S△h=3S_\triangle h=3——漏乘 13\dfrac13,当成柱体了
C3π2+1\dfrac{3\pi}{2}+1πr22⋅h=3π2\dfrac{\pi r^2}{2}\cdot h=\dfrac{3\pi}{2}——同样漏乘 13\dfrac13✓
D3π2+3\dfrac{3\pi}{2}+3漏乘漏乘

也就是说,四个选项里没有一个是「还原错了」的产物——出题人赌的是你把锥算成柱。所以算完务必回头念一句:上尖下宽的是锥,锥的体积要除以 33。

另一处该自查的是深度:本题正视图与侧视图恰好一模一样(都是底 22、高 33),所以「宽」和「深」都是 22,混用也不出错。但这纯属本题的巧合——正视图与侧视图不同的题里,拿正视图的高去当俯视图的纵向尺寸,底面积当场就错一个倍数。

本题涉及的教材页

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