2007 AMC 12A 第 20 题

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20.

把一个单位立方体的各个角切去,使六个面都变成正八边形。被切去的四面体总体积是多少?
Corners are sliced off a unit cube so that the six faces each become regular octagons. What is the total volume of the removed tetrahedra?
52−73\dfrac{5\sqrt2-7}{3}
10−723\dfrac{10-7\sqrt2}{3}
3−223\dfrac{3-2\sqrt2}{3}
82−113\dfrac{8\sqrt2-11}{3}
6−423\dfrac{6-4\sqrt2}{3}
答案:B
知识点:正方体体积
小提示:
从每条边的两端各切去长度 xx 后,留下的八边形边长为 x2x\sqrt2。
Cutting length xx from each end of an edge leaves an octagon side of x2x\sqrt2
大提示:
由 1=2x+x21=2x+x\sqrt2 求 xx;每个角上的四面体体积为 16x3\tfrac16 x^3。
From 1=2x+x21=2x+x\sqrt2 find xx; each corner tetrahedron has volume 16x3\tfrac16 x^3
解答:
切角会从每条棱的两端各去掉长度 xx。每个八边形的边长为 x2x\sqrt2,且棱长满足 1=2x+x21=2x+x\sqrt2,所以 x=12+2=2−22。x=\frac{1}{2+\sqrt2}=\frac{2-\sqrt2}{2}\text{。}
每个被切去的角都是三条互相垂直的棱长为 xx 的四面体,体积为 16x3\tfrac16 x^3。共有 88 个角,所以总体积为 8⋅16x3=43(2−22)3=10−723。 \begin{aligned} &8\cdot\tfrac16 x^3 \\ &=\tfrac43\left(\tfrac{2-\sqrt2}{2}\right)^3 \\ &=\frac{10-7\sqrt2}{3} \end{aligned}\text{。}
因此,正确答案是 B。
Slicing removes two equal segments of length xx from each edge. Each octagon then has side length x2,x\sqrt2, and the edge satisfies 1=2x+x2,1=2x+x\sqrt2, so x=12+2=2−22.x=\frac{1}{2+\sqrt2}=\frac{2-\sqrt2}{2}.
Each removed corner is a tetrahedron with three mutually perpendicular legs of length x,x, so its volume is 16x3.\tfrac16 x^3. There are 88 corners, giving total volume 8⋅16x3=43(2−22)3=10−723. \begin{aligned} &8\cdot\tfrac16 x^3 \\ &=\tfrac43\left(\tfrac{2-\sqrt2}{2}\right)^3 \\ &=\frac{10-7\sqrt2}{3}. \end{aligned}
Thus, the correct answer is B.
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