将一个8厘米×8厘米×1厘米的白色长方体木块的外表面涂上黑色颜料,然后将其切成64个棱长1厘米的小正方体,再用这些小正方体堆成棱长4厘米的大正方体,且使黑色的面向外露的面积要尽量大,问大正方体的表面上有多少平方厘米是黑色的()
答案解析
解析:
原始的长方体木块尺寸为8厘米×8厘米×1厘米,其外表面被涂成了黑色。将这个长方体切割成64个1厘米×1厘米×1厘米的小正方体,然后重新组合成一个新的4厘米×4厘米×4厘米的大正方体,目标是使新正方体的外表面尽可能多地展示出黑色。
由于原始长方体的两个最大的面(8厘米×8厘米的面)被涂成了黑色,因此在重新组合成大正方体时,我们希望尽可能多的使用这些带有黑色面的块。
每个小正方体有3个面可以涂黑,但在原始长方体中,只有两个最大的面被涂黑,这意味着每个小正方体最多有两个黑色面。
下面分析每个选项:
A. 84 B. 88 C. 92 D. 96
我们知道大正方体的表面积是6个面,每个面的面积是4厘米×4厘米=16平方厘米,所以总表面积是6×16=96平方厘米。
为了得到最大的黑色面积,我们需要尽可能多地使用带有黑色面的块。原始长方体的两个8厘米×8厘米的面共有64个1厘米×1厘米的小面被涂黑。当我们构建新的正方体时,我们可以用这些带有黑色面的块来构成大正方体的表面。
由于大正方体有6个面,每个面需要16个这样的小面来覆盖,所以理想情况下,我们会使用96个黑色小面来完全覆盖大正方体的表面。但是,因为原始长方体的黑色面只有两个,所以我们只能使用这两个面中的64个小面。
考虑到每个小正方体只能在一个面上展示黑色面,我们可以在大正方体的每个面上使用8个这样的小面(因为4厘米×4厘米=16平方厘米,每个小面是1平方厘米,所以每个面可以放16个,但是我们需要留出中间的块来堆叠,所以每个面只能用8个黑色小面)。
因此,对于大正方体的6个面,我们可以用6×8=48个黑色小面。但是,这里有个问题,因为中间的块在堆叠时,它们的侧面不会被看到,所以实际上我们不能使用所有的黑色小面。
根据解答,我们知道有4个小正方体块是内部块,它们不会在任何表面上展示黑色面,所以我们可以用64-4=60个带有黑色面的块。但是,每个块只能在一个面上展示黑色面,所以我们实际上是在用60/2=30个黑色小面来覆盖大正方体的表面(因为每个块有两个黑色面,但我们只能在一个面上使用)。
所以,理论上,我们最多可以用30个黑色小面来覆盖大正方体的表面,即30平方厘米。但这个计算忽略了原始长方体的黑色面是连续的,我们可以利用这一点来增加黑色面积。
实际上,由于大正方体的每个面都是4厘米×4厘米,我们可以在每个面上放置8个带有黑色面的块,这些块来自原始长方体的两个涂黑的面。但是,角落的块会有三个面外露,所以我们需要更仔细地计算。
每个面用8个黑色块,6个面就是48个,但角落的块会多出两个黑色面。大正方体有8个角落,每个角落的块会多出2个黑色面,所以是8×2=16个额外的黑色小面。所以总共是48+16=64个黑色小面。
但是,我们不能简单地相加,因为角落的块在大正方体的相邻面上也会被计算。实际上,每个角落块在两个相邻的面上都会贡献一个黑色面,因此这16个额外的小面已经包含在前面计算的48个面中了。
正确答案应该是基于每个面用8个黑色块来计算,然后减去那些不能外露的黑色面。因为每个面用8个黑色块,总共是6×8=48个黑色小面,但我们知道中间的4个块不会展示黑色面,所以实际上我们应该减去这4个块所对应的8个黑色小面(因为每个块有两个黑色面)。所以是48-8=40个黑色小面,这是每个面中心的块。
然后我们还需要加上角落块额外提供的黑色面。每个角落块有3个面外露,而我们已经计算了它们的一个面,所以每个角落块会多出2个面。8个角落块就是8×2=16个额外的小面。
所以,总的黑色面积是40(中心块)+16(角落块)=56个黑色小面。但是,我们还没有考虑到边缘块。每个边缘块有2个面外露,而我们已经计算了它们的一个面,所以每个边缘块会多出1个面。大正方
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