정육면체의 대각선과 그 면 중 한 면의 대각선 사이의 각을 구하세요.
영어 원문 보기
Find the angle between the diagonal of a cube and the diagonal of one of its faces.
정답·풀이 보기
정육면체의 높이, 길이, 너비가 라고 하자. 정육면체의 꼭짓점이 , , , , , , , 에 오도록 좌표축을 잡을 수 있다.
먼저 몇 가지 예를 살펴보자. 에서 까지의 대각선은 이다. 정육면체의 한 면은 꼭짓점이 , , , 이다. 이 면의 한 대각선은 에서 까지이므로 이다. 와 사이의 각은
꼭짓점이 , , , 인 면의 다른 대각선은 에서 까지의 대각선이다. 이 대각선은 이다. 와 사이의 각은
이제 일반적인 경우를 살펴보자. 정육면체의 모든 꼭짓점의 모든 성분은 또는 이다. 일반적으로 정육면체의 두 꼭짓점은 두 꼭짓점의 세 성분이 모두 서로 다르면 정육면체의 대각선의 반대쪽 양 끝에 있다. 예를 들어 대각선의 한 끝이 이면 다른 끝은 이다. 정육면체의 대각선은 모두 꼴이다. 이 대각선의 길이는 모두 이다. 두 꼭짓점은 성분 중 하나가 같으면 정육면체의 같은 면 위에 있다. 나머지 두 성분이 서로 다르면 그 두 꼭짓점은 그 면의 대각선의 반대쪽 양 끝에 있다. 예를 들어 와 는 모두 인 면 위에 있다. 성분 가 서로 다르고 성분 도 서로 다르므로 와 는 인 면의 대각선의 양 끝이다. 또는 인 면의 대각선은 이다. 또는 인 면의 대각선은 이다. 또는 인 면의 대각선은 이다. 이 대각선의 길이는 모두 이다. 정육면체의 대각선 중 하나와 면의 대각선 , , 중 하나의 내적은 꼴이므로 또는 또는 이어야 한다. 일반적으로 정육면체의 대각선과 면의 대각선 사이의 각은
원본 교재 풀이(영어)
Suppose that the cube has height, length and width . We may choose our coordinate axes so that the vertices of the cube are at , , , , , , and .
We'll start with a couple of examples. The diagonal from to is . One face of the cube has vertices , , and . One diagonal of this face runs from to and hence is . The angle between and is
A second diagonal for the face with vertices , , and is that running from to . This diagonal is . The angle between and is
Now we'll consider the general case. Note that every component of every vertex of the cube is either or . In general, two vertices of the cube are at opposite ends of a diagonal of the cube if all three components of the two vertices are different. For example, if one end of the diagonal is , the other end is . The diagonals of the cube are all of the form . All of these diagonals are of length . Two vertices are on the same face of the cube if one of their components agree. They are on opposite ends of a diagonal for the face if their other two components differ. For example and are both on the face with . Because the components are different and the components are different, and are the ends of a diagonal of the face with . The diagonals of the faces with or are . The diagonals of the faces with or are . The diagonals of the faces with or are . All of these diagonals have length . The dot product of one the cube diagonals with one of the face diagonals , , is of the form and hence must be either or or . In general, the angle between a cube diagonal and a face diagonal is


