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第19章 三维空间——“体”

“原题”

今有方窖广四丈六尺,长五丈四尺,深三丈五尺。问受粟几何?(选自《孙子算经》11卷中)

“译文”

今有一口长方体地窖,宽4丈6尺,长5丈4尺,深3丈5尺。问可以盛放多少粟?

“单位换算”

1丈=10尺

1尺=10寸

1寸=10分

1斛=10斗

1斗=10升

“解答”

长方体体积=长×宽×深=46尺×54尺×35尺=86940立方尺

要想知道体积为86940立方尺的方窖能装多少粮食,需要将由长度单位表示的体积量转换为由容积单位表示的体积量,这两种度量单位间的转换关系是1斛=1尺6寸2分,86940立方尺÷1尺6寸2分=53666斛6斗6()升。

因此,这口方窖可以盛放53666斛6斗6()升粟。

你是不是已经被上面繁琐的单位名称和复杂的数据形式弄晕了?不要烦躁,不要被这些内容阻碍了思维。其实,针对这道题目,只要你知道长方体的容积计算法就可以了。

“原题”

今有圆窖下周二百八十六尺,深三丈六尺。问受粟几何?(选自《孙子算经》10卷中)

“译文”

现有圆柱体地窖底面周长286尺,深3丈6尺。问这个可以容纳多少粟?

“单位换算”

1斛=10斗

1斗=10升

“解答”

圆窖体积=底面积×高

首先,求圆窖的底面积,用“圆面积=周长×周长÷12”这个公式:

286×286÷12

不用着急求结果,为了便于约分,再直接乘以圆窖的深36尺:

286×286÷12×36=245388立方尺

要想知道体积为245388立方尺的圆窖能装多少粮食,需要将由长度单位表示的体积量转换为由容积单位表示的体积量:

245388立方尺÷1尺6寸2分=151474斛7()升

因此,这口圆窖可以盛放151474斛7()升粟。

“原题”

今有木方三尺,高三尺。欲方五寸作枕一枚,问得几何?(选自《孙子算经》15卷中)

“译文”

一块方木,底面边长3尺,高3尺。若用这块木头做棱长为5寸的立方体木枕,问可以做多少枚?

“单位换算”

1尺=10寸

“解答”

正方体体积=棱长3

首先,计算方木的体积:棱长3尺乘三次方,等于27立方尺。

接下来,计算每块木枕的体积:棱长0.5尺乘三次方,等于0.125立方尺。

最后,计算这块方木可以做多少块方枕:27÷0.125=216枚

因此,这块木头可以做216枚方枕。

“原题”

今有沟广十丈,深五丈,长二十丈。欲以千尺作一方,问得几何?(选自《孙子算经》18卷中)

“译文”

现有一沟,宽10丈,深5丈,长20丈。若以1立方千尺做单位,此沟有多少个这样的单位?

“单位换算”

1丈=10尺

“解答”

方沟体积=宽×深×长

先求这个沟的体积:100尺×50尺×200尺=1000000立方尺。

再求此沟一共包含多少个1立方千尺:

因为,1立方千尺=1000立方尺,所以

1000000立方尺÷1000立方尺=1000

即这个沟一共有1000个这样的单位。

“原题”

今有平地聚粟,下周三丈六尺,高四尺五寸。问粟几何?(选自《孙子算经》3卷下)

“译文”

在一块平地上堆粟,粟堆底面周长3丈6尺,高4丈5尺。问这个粟堆有多少粟?

“单位换算”

1丈=10尺

1尺=10寸

“解答”

平地上的粟堆近似于圆锥体,圆锥体体积=()圆锥底面积×高。

首先计算圆锥的底面积,利用“圆面积=周长×周长÷12”这个公式:

36尺×36尺÷12=108尺

再计算圆锥的体积:

×108平方尺×45尺=1620立方尺

最后用将1620立方尺转换成容积单位:

1620立方尺÷1尺6寸2分=100斛

因此,这个粟堆有100斛粟。

“原题”

今有堤,下广五丈,上广三丈,高二丈,长六十尺。欲以一千尺作一方,问计几何?(选自《孙子算经》17卷中)

“译文”

有一座纵截面是梯形的河堤,下底长5丈,上底长3丈,高2丈,河堤长60尺。若以1000立方尺为一单位,问这座堤包含多少个这样的单位?

“单位换算”

1丈=10尺

“解答”

解答这道题之前,我们首先需要想清楚这个河堤的空间图形到底是什么样的。它其实是一个以梯形做底的棱柱,只不过现在这个棱柱平躺了下来,底面变成了纵截面——一个梯形的垂直于地面的截面。因此,河堤的高也就相当于梯形的高,而棱柱的高此时变成了题干中所说的河堤的“长”。弄清形体之后,我们依然可以用计算棱柱体积的方法计算这座河堤的体积。

先来计算这座河堤纵截面的面积,因为它是梯形的,因此:

纵截面的面积=()(上底 下底)×高,带入数据计算:

×(30 50)×20=800平方尺

再求河堤的体积,因为河堤的长与河堤纵截面垂直,因此,用纵截面面积800×60=4800立方尺。

乘以河堤的长,即可求出河堤的体积:

最后,用48000立方尺除以1000立方尺,等于48.

因此,这座河堤包含48个立方千尺。

“原题”

今有筑城,上广二丈,下广五丈四尺,高三丈八尺,长五千五百五十尺。秋程人功三百尺。问须功几何?(选自《孙子算经》22卷中)

“译文”

现筑造侧面是梯形的城墙,上底长2丈,下底长5丈4尺,高3丈8尺,城墙长5550尺。秋季所规定的人均工程量是300立方尺。问建造此墙需要多少个这样的人均工程量。

“单位换算”

1丈=10尺

“解答”

这座城墙的形体特征与上题的河堤基本相同,只是更长一些。

首先,计算城墙侧面面积,因为它是一个梯形,根据梯形面积计算公式便可以求出:

×(20 54)×38=1406平方尺

再计算城墙的体积,因为城墙的长与城墙侧面垂直,因此可以用侧面面积乘以城墙长求出城墙的体积:

1406×5550=7803300立方尺

最后,计算筑城所需要的工程单位总数。用城墙体积除以秋季人均工程量,便可以求出筑造城墙所需的工程单位总数:7803300÷300=26011个。

因此,建造此墙需要26011个人均工程量。

“原题”

今有穿渠,长二十九里一百四步,上广一丈二尺六寸,下广八尺,深一丈八尺。秋程人功三百尺。问须功几何?(选自《孙子算经》23卷中)

“译文”

今挖纵截面是梯形的一条渠,渠长29里104步,上底长1丈2尺6寸,下底长8尺,渠深1丈8尺。秋季所规定的人均工程量是300立方尺。问挖通此渠需要多少这样的个人均工程量。

“单位换算”

1里=300步

1步=6尺

1丈=10尺

1尺=10寸

“解答”

这条渠的形体就是前两题的河堤和城墙上下倒置后的样子。根据长度单位间的换算关系:

29里=29×300=8700步

8700 104=8840步

8804步=8804×6=52824尺

先计算这条渠纵截面的面积,根据梯形面积公式即可求出:

×(12.6 8)×18=185.4平方尺

再计算渠道的体积,因为渠长与渠道纵截面垂直,因此可将此二者相乘,乘积即是渠道的体积:

185.4×52824=9793569.6立方尺

最后,计算挖掘这条渠所需要的工程单位总数。用渠道体积除以人均工程量:

9793569.6立方尺÷300立方尺=32645个……96.6立方尺

因此,挖通此渠需要32646个人均工程量。

1.挖池子

如果挖1米长、1米宽、1米深的池子需要12个人干2小时。那么6个人挖一个长、宽、深是它两倍的池子需要多少时间?

这个池子的容积是第一个池子的8倍,12个人来挖需要的时间是原来的8倍,6个人来挖就需要原来的16倍。

因此,需要32小时。

2.生产飞机模型

一家工厂4名工人每天工作4小时,每4天可以生产4架模型飞机,那么8名工人每天工作8小时,8天能生产几架模型飞机呢?

可以这样计算:4人工作4×4小时生产4架模型飞机,所以,1人工作4×4小时生产1架模型飞机,这样每人工作1小时就生产()架模型飞机。

8人每天工作8小时,一共工作8天,生产的模型飞机数目就是8×8×8×()=32架。

因此,正确的答案是32架。

想一想,可不可以不求每个工人一小时的工作量而直接得出正确答案?

3.鸡生蛋

5只鸡5天一共生5个蛋,50天内需要50个蛋,需要多少只鸡?

仍然仅需5只鸡。

1.立方体问题

同一种图案不可能在两个以上的立方体表面上同时出现。看一看,下面哪个图不属于同一个立方体?

2.立方体的颜色

有一个立方体,所有的面都是绿色。请问:有几个小立方体一面是绿色?有几个小立方体两面是绿色?有几个小立方体三面是绿色?有几个小立方体四面是绿色?有几个立方体所有的面都没有绿色。

3.还需多少方块

所有的方块尺寸相同,在不移动图中已有的方块的前提下,还需多少块方块才能构成一个立方体?

4.巧量对角线

一块砖,你能用一根米尺量出对角线AB的长度吗?

5.切掉角的立方体

一个正立方体,切去一个面的四个角。现在这个立方体有多少个角?多少个面?多少条棱?

6.找相同的空间体

请在下列4个图形中找出一个与相符(旋转一定角度或方向)的图形。

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