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立体の面・辺・頂点、展開図と見取り図

立体(3D図形)には、たて・よこ・高さがあるので、場所をとります。立体は、面(平らな面や曲がった面)、辺(2つの面が出会う線)、頂点(かど)の数で表します。角柱は、同じ形の2つの底面を長方形でつないだ形です。角錐は、1つの底面と、てっぺんの点に集まる三角形でできています。円柱・円錐・球には曲がった面があります。展開図は、立体を切り開いて平らにした図で、折ると立体にもどります。立体を上・前・横から見て描くと、3つの見取り図(投影図)ができます。平らな面だけの立体では、面の数 + 頂点の数 − 辺の数 = 2 になります(オイラーの公式)。

🎬 ステップ別ストーリー

  1. これは立方体です。平らな面が6つ、辺が12本、かど(頂点)が8つあります。赤い点を数えてみよう。8つです。
  2. 立体にはグループがあります。角柱と角錐は平らな面だけです。円柱・円錐・球には曲がった面があります。
  3. 展開図は、立体を切り開いて平らに広げた図です。6枚の正方形を折ると立方体になります。開くところを見てみよう。
  4. 前から、上から、横から見てみよう。同じ立体でも、3つのちがう平らな絵になります。
  5. 面、頂点、辺を数えてみよう。面 + 頂点 − 辺は、これらの立体ではいつも2になります。
  6. あなたの番です。立体を選んで数えてみよう。スライダーを動かして、展開図を立方体に折りたたもう。

ヒント:3Dをドラッグすると回せます。2本指で拡大・縮小できます。

🤔 よくある疑問をスッキリ解決

頂点と辺は同じものですか?

ちがいます。辺は2つの面が出会う線で、頂点は辺が集まる点です。立方体には辺が12本ありますが、頂点は8つだけです。

円柱には辺がありますか?

曲がった辺が2つあります。曲がった面と平らな底面が出会う、円の部分です。頂点はありません。

展開図がうまく折れるかは、どうすればわかりますか?

頭の中で、正方形を1枚ずつ折ってみます。どの面も別々の側にきて、重ならなければ大丈夫です。

なぜ見取り図が大切なのですか?

建築や工事の人は、紙の上の立体の絵だけでは大きさがわかりません。平らな3つの図があれば、必要な寸法がすべてわかります。

球にもオイラーの公式は使えますか?

この公式は多面体、つまり平らな多角形の面だけの立体のためのものです。曲がった立体は、ちがう方法で数えます。

角柱と角錐のちがいは何ですか?

角柱は、同じ形の底面が2つあって、どこで切っても同じ形です。角錐は、底面が1つで、てっぺんの点に向かって細くなります。

立体とは?

正方形のような平らな形には、たてとよこしかありません。これを平面図形(2D)といいます。立体(3D図形)には、高さもあって、場所をとります。

平らな面だけでできていて、どの面も多角形である立体を多面体といいます。

立体のグループ

立体面頂点辺
立方体正方形6つ812
直方体長方形6つ812
三角柱569
四角錐558
三角錐(四面体)446
円柱平ら2つ + 曲面1つ02(曲線)
円錐平ら1つ + 曲面1つ1(頂点)1(曲線)
球曲面1つ00

角柱は、同じ形で平行な2つの底面(どこで切っても同じ形)を、長方形でつないだ立体です。角錐は、1つの底面と、1つの点(頂点、てっぺん)に集まる三角形の面でできています。角柱や角錐は、底面の形で名前が決まります。

底面がn角形の角柱では、面 F = n + 2、頂点 V = 2n、辺 E = 3n です。底面がn角形の角錐では、面 F = n + 1、頂点 V = n + 1、辺 E = 2n です。

展開図: 立体を平らに開く

展開図は、折ると立体になる平らな図です。どの面も1回ずつ出てきます。

正方形を6枚つなげれば、どれでも立方体の展開図になるわけではありません。折ったときに2枚の正方形が同じ場所に重なると、立方体になりません。

見取り図と投影図

技術者は、立体を3つの平らな絵で表します。正面図(前から見た図)、平面図(上から見た図)、側面図(横から見た図)です。たとえば、立てた円柱は、前から見ると長方形、上から見ると円に見えます。四角錐は、前から見ると三角形、上から見ると対角線の入った正方形に見えます。

紙には、等角図用の点線の紙(アイソメトリックドット紙)を使って立体を描けます。見えない辺は点線で表します。

おうちでやってみよう

空の歯みがきの箱やお茶の箱を用意します。面、辺、頂点を数えてみよう。次に、いくつかの辺にそって注意して切り、平らに開きます。これが展開図です。箱を上・前・横から見て、3つの図を描いてみよう。

重要な公式と用語

例題

1. 六角柱の F、V、E を求めて、オイラーの公式を確かめなさい。

手順1: n = 6。手順2: F = 6 + 2 = 8。手順3: V = 2 × 6 = 12。手順4: E = 3 × 6 = 18。確かめ: 8 + 12 − 18 = 2。正しいです。

2. ある多面体は、面が7つ、頂点が10個です。辺は何本ですか?

手順1: F + V − E = 2。手順2: 7 + 10 − E = 2。手順3: 17 − E = 2 なので、E = 15。

3. 円柱の展開図で、円の半径は7 cmです。長方形の長さはいくつにすればよいですか?

長方形は円のまわりに巻きつくので、長さ = 円周 = 2 × π × r = 2 × 22/7 × 7 = 44 cm。

よくある間違い

練習クイズ

1. 立方体の頂点はいくつありますか?
2. 曲がった面が1つだけで、平らな面がない立体はどれですか?
3. 円柱の展開図は、何でできていますか?
4. 立てた円柱を上から見た図は何ですか?
5. ある多面体で F = 8、V = 6 のとき、E = いくつですか?

練習:自分で答えてみよう

答えを入力するか選んで、「チェック」を押そう。困ったらヒントを見てね。解答は答えたあとに表示されます。

よくある質問

面・辺・頂点とは何ですか?

面は立体の表面、辺は面と面が出会う線、頂点は辺が集まるかどの点です。

立方体の展開図は何種類ありますか?

立方体の展開図は全部で11種類あります。

立体のオイラーの公式とは何ですか?

どんな多面体でも、面の数 + 頂点の数 − 辺の数 = 2 になります。

学ぶ場所

RomaniaClasa a VIII-aElements of solid geometry
CBSE (India)Class 8Exploring Some Geometric Themes
England (GCSE, A level)Year 9Geometry and measures
South Korea고등학교 2학년Shapes and measurement
South Korea고등학교 3학년Space

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