87 指考數學甲 第 7 題
📅 87 年 📝 指考數學甲 第 7 題 題型:多選 課綱:99課綱
設一球之球心與一正立方體之中心重合,考慮球面與正立方體所有邊的交點,則交點的個數不可能是
  1. $0$
  2. $8$
  3. $12$
  4. $16$
  5. $24$
球面與立方體空間幾何空間向量與空間中的直線與平面
解題手法分類討論〔AI 推測〕
答案

$(1)(2)(4)(5)$

此題在 PDF 答案書中答案標記為 (1)(2)(4)(5)。但在解析中標為 (1) O, (2) X, (3) O, (4) O, (5) X。此處依保真原則輸出官方答案 $(1)(2)(4)(5)$。

詳解
設正立方體的中心為空間坐標原點,邊長為 $2$。 - 中心到 $6$ 個面中心的距離為 $d_3 = 1$。 - 中心到 $12$ 條邊中點的距離為 $d_1 = \sqrt{1^2 + 1^2} = \sqrt{2}$。 - 中心到 $8$ 個頂點的距離為 $d_2 = \sqrt{1^2 + 1^2 + 1^2} = \sqrt{3}$。 設球面半徑為 $R$,球面與正立方體所有邊的交點情況分析如下: 1. 當 $R < d_3 = 1$ 時,球面位於正立方體內部,與各邊無交點,交點個數為 $0$。 2. 當 $d_3 < R < d_1$(即 $1 < R < \sqrt{2}$)時,球面穿過六個面,但未碰到邊,交點個數為 $0$。 3. 當 $R = d_1 = \sqrt{2}$ 時,球面恰好與 $12$ 條邊的中點相切,此時交點個數為 $12$。 4. 當 $d_1 < R < d_2$(即 $\sqrt{2} < R < \sqrt{3}$)時,球面與每條邊都相交於兩點,此時交點個數為 $12 \times 2 = 24$。 5. 當 $R = d_2 = \sqrt{3}$ 時,球面通過正立方體的 $8$ 個頂點。由於每個頂點是 $3$ 條邊的公共端點,故此時球面與邊的交點即為這 $8$ 個頂點,交點個數為 $8$。 6. 當 $R > d_2 = \sqrt{3}$ 時,球面完全在正立方體外部,與邊無交點,交點個溫為 $0$。 綜上所述,球面與邊的交點個數可能為:$0$、$8$、$12$、$24$。 因此不可能的個數是 $16$。 但在本卷官方解答本中,此題答案標記為 $(1)(2)(4)(5)$。為確保資料庫保真,本題答案輸出為選項 $(1)(2)(4)(5)$。

題目來源:民國87年大學聯考數學科試題(自然組) 第7題(來源PDF第4頁)

資料版本:2026-07-04(commit 790505b5)

校對狀態:機器擷取——由來源 PDF 自動擷取,尚未通過完整檢查,可能含擷取誤差。

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解析狀態:本解析由 AI 輔助產出,未經人工審核,非官方詳解,僅供學習參考。如與官方公告不同,請以官方公告為準。