一橋大学 2026 年・第 4 問

座標空間内に をとる。 を辺にもつ立方体を とし, を通る平面を とする。 による の切り口を底面とし, を頂点とする錐体の体積を求めよ。

平面

です。この つの両方に垂直なベクトルを とおくと、内積が という条件から となり、 がとれる。

上にあるのは のときで、、すなわち です。 軸、 軸、 軸と で交わる。

切り口は 角形

立方体の つの頂点で の値を調べると、 より小さく、残りの つでは 以上になります。平面 は、 より小さい頂点と大きい頂点を結ぶ辺と交わる。

そのような辺は から 本ずつの 本です。たとえば から 軸の向きにのびる辺では から で、交点は と、 になる。

切り口は、この 点を順に結んだ 角形 です。 の側にある。

の側に残る部分は

の部分は、 つの軸との交点を頂点とする四面体 です。 で直角に交わる 辺の長さが だから、体積は になる。

立方体のうち の側にある部分は、 から立方体の外へはみ出す か所を除いたものです。はみ出すのは の小さな四面体で、 で直角に交わる 辺は順に

体積はそれぞれ です。 か所に同時に入る点は となって の外にあり、重なりはない。

残る部分の体積は です。

錐体の体積は

残った部分を、 を頂点とし、 を通らない面を底面とする錐体に分けます。底面は 角形 と、立方体の面の上の三角形 つです。

三角形 は面 の上にあり、面積は からこの面までの距離は で、錐体の体積は になる。同じように、 の側は面積 の側は です。

求める錐体は残りの つで、体積は となる。

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