用棱长1cm的小正方体搭一搭. (1)搭一个稍大一些的正方体,至少需要多少个小正方体? (2)用12个小正方体搭一个长方体,可以有几种不同的搭法?记录搭出的长方体的长、宽、高. (3)搭一个四个面都是正方形的长方体,你发现了什么?

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完整解法

(1)

1. 确定搭一个比棱长1cm更大的正方体所需的最小棱长

要搭一个比棱长1 cm1\text{ cm}的大一些的正方体,新正方体的每条棱上至少要摆放2个小正方体,因此新正方体的棱长最小为2 cm2\text{ cm}。

2. 计算所需小正方体的数量

根据正方体的体积公式,所需的小正方体个数最少为:
2×2×2=8(个)2 \times 2 \times 2 = 8\text{(个)}

答案

至少需要8个小正方体.

(2)

1. 将搭长方体问题转化为求体积因数分解的问题

用12个棱长为1 cm1\text{ cm}的小正方体搭长方体,该长方体的体积为12 cm312\text{ cm}^3。设长方体的长、宽、高分别为 a,b,ca, b, c(厘米),其中 a,b,ca, b, c 均为正整数,满足关系式:
a×b×c=12a \times b \times c = 12

2. 有序地找出所有不同的长、宽、高组合

通过系统穷举(不妨设 a≤b≤ca \le b \le c)来确定组合:

  • 当 a=1a = 1 时,b×c=12b \times c = 12。对应的 (b,c)(b, c) 组合有:(1,12)(1, 12),(2,6)(2, 6),(3,4)(3, 4)。此时长宽高有3种:1,1,121, 1, 12;1,2,61, 2, 6;1,3,41, 3, 4;
  • 当 a=2a = 2 时,b×c=6b \times c = 6。且满足 2≤b≤c2 \le b \le c 的组合有:(2,3)(2, 3)。此时长宽高为:2,2,32, 2, 3;
  • 当 a≥3a \ge 3 时,因 a×b×c≥3×3×3=27>12a \times b \times c \ge 3 \times 3 \times 3 = 27 > 12,无解。

综上所述,一共有4种不同的搭法。

答案

一共有4种不同的搭法.搭出的长方体的长、宽、高(单位:cm)记录如下:

  1. 长12cm,宽1cm,高1cm
  2. 长6cm,宽2cm,高1cm
  3. 长4cm,宽3cm,高1cm
  4. 长3cm,宽2cm,高2cm
    (注:长、宽、高数值的顺序可互换).

(3)

1. 分析四面为正方形的长方体的特征并得出结论

长方体一共有6个面。根据长方体的面与棱的特征,如果其中有四个面是正方形,那么相邻的面必定也是相同的正方形。因此其长、宽、高必然全部相等,从而该立体图形的6个面全都是正方形,即它是一个正方体。

答案

我发现:搭一个四个面都是正方形的长方体,它实际上是一个正方体(或者:它的六个面其实都是正方形,长、宽、高都相等)。

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