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사고력 · 초5-2 정육면체 탐구

문제

선분의 길이와 각의 크기

정육면체의 윗면과 아랫면 꼭짓점에 이름이 붙어 있습니다. 정육면체에는 아무 선도 그려져 있지 않습니다. 선분은 머릿속으로 그려야 합니다. 표시된 세 각의 크기를 각각 구합니다.
A B C D E F G H A B C D E F G H A B C D E F G H
내 답
풀이 과정
전략 그림 그리기 — 물음마다 꼭짓점 세 개를 불러 주는데, 점 세 개는 언제나 삼각형 하나를 만듭니다. 그래서 세 번 모두 같은 방법을 씁니다. 정육면체 위에 그 삼각형을 그려 넣고, 어떤 삼각형인지 알아낸 다음, 묻는 각을 읽어 내는 것입니다. 어떤 삼각형인지 알아내는 데는 세 변을 모서리·면의 대각선·정육면체의 대각선으로 나누어 보기만 하면 됩니다. 모서리끼리는 길이가 같고 면의 대각선끼리도 길이가 같기 때문입니다. 이렇게 하면 입체 문제가 평범한 평면 삼각형 문제로 바뀌는데, 작은 문제로 쪼갠다는 것이 바로 이 뜻입니다. 정육면체 모형을 손에 들고 불러 준 꼭짓점 사이에 실을 팽팽히 걸어 보면 삼각형이 눈앞에 나타나고, 찌그러진 그림에 속을 일도 없습니다.
1STEP 1

길이는 세 가지뿐임을 먼저 정리하기

정육면체의 길이는 모서리, 면의 대각선, 대각선 셋뿐입니다.

모서리 < 면의 대각선 < 정육면체의 대각선
2STEP 2

(1) 삼각형 ㅂㅇㅅ 찾기 — 아랫면 안에 납작하게 놓인다

첫 삼각형은 아랫면 안에 납작하게 놓입니다.

ㅅㅂ = ㅅㅇ = 모서리, ∠ ㅂㅅㅇ = 90°
3STEP 3

(1) 마무리 — 직각이등변삼각형의 두 밑각은 45°

직각이등변삼각형이라 밑각은 45도입니다.

∠ ㅅㅂㅇ = ∠ ㅂㅇㅅ = (180° - 90°)/2 = 45°
4STEP 4

(2) 모서리 ㅅㅇ이 면 ㄴㄷㅅㅂ에서 곧게 뻗어 나온다는 점 알아채기

둘째는 모서리가 한 면에서 곧게 뻗어 나옵니다.

ㅅㅇ ⊥ 면 ㄴㄷㅅㅂ, ㅅㄴ ⊂ 면 ㄴㄷㅅㅂ
5STEP 5

(2) 직각을 읽어 내기

그래서 그 각은 90도입니다.

∠ ㄴㅅㅇ = 90°
6STEP 6

(3) 삼각형 ㄱㅂㅇ의 세 변 살펴보기

셋째는 세 변이 모두 면의 대각선입니다.

ㄱㅂ, ㅂㅇ, ㄱㅇ 은 각각 면 ㄱㄴㅂㅁ, ㅁㅂㅅㅇ, ㄱㄹㅇㅁ의 대각선
7STEP 7

(3) 마무리 — 정삼각형이므로 세 각이 모두 60°

정삼각형이므로 각은 60도입니다.

ㄱㅂ = ㅂㅇ = ㄱㅇ → ∠ ㄱㅂㅇ = 180°/3 = 60°
8STEP 8

정육면체 모형으로 세 답을 모두 확인하기

정육면체 모형으로 보면 세 답이 맞습니다.

정답
45, 90, 60
180 − 90 = 90, 90 ÷ 2 = 45
세 답 모두 0°와 180° 사이에 있으니 삼각형의 각으로서 알맞고, 정육면체의 크기에 전혀 기대지 않습니다. 길이가 하나도 주어지지 않았으니 그래야 맞습니다. 각자의 삼각형 안에서도 앞뒤가 맞습니다. 삼각형 ㅂㅅㅇ은 ㅅ에서 직각이므로 45° + 45° + 90° = 180°입니다. 삼각형 ㄴㅅㅇ은 정육면체의 대각선 ㄴㅇ이 가장 긴 변인데 가장 큰 각은 가장 긴 변과 마주 보아야 하므로, 90°가 ㄴ이나 ㅇ이 아니라 ㅅ에 있는 것이 맞습니다. 삼각형 ㄱㅂㅇ은 세 변의 길이가 같고 60° + 60° + 60° = 180°입니다. 게다가 이런 물음에서 나올 수 있는 크기는 45°, 60°, 90° 세 가지뿐입니다. 정육면체의 꼭짓점 세 개로 만든 삼각형은 직각이등변삼각형이거나, 정삼각형이거나, (2)처럼 모서리와 면의 대각선으로 이루어진 직각삼각형이거나이기 때문입니다.
핵심 정리

정육면체에 있는 길이는 모서리, 면의 대각선, 정육면체의 대각선 딱 세 가지예요. 그러니 삼각형의 세 변에 이름만 붙여 보면 그 각이 45°인지 60°인지 90°인지 바로 알 수 있습니다.

  • 길이는 세 가지뿐임을 먼저 정리하기
  • (1) 삼각형 ㅂㅇㅅ 찾기 — 아랫면 안에 납작하게 놓인다
  • (1) 마무리 — 직각이등변삼각형의 두 밑각은 45°
  • (2) 모서리 ㅅㅇ이 면 ㄴㄷㅅㅂ에서 곧게 뻗어 나온다는 점 알아채기
  • (2) 직각을 읽어 내기
  • (3) 삼각형 ㄱㅂㅇ의 세 변 살펴보기
  • (3) 마무리 — 정삼각형이므로 세 각이 모두 60°
  • 정육면체 모형으로 세 답을 모두 확인하기