有一个棱长为5厘米的正方体木块,它的每一个面都有一个穿透“十字形”的孔(如右图阴影部分),如果将其全部浸入黄漆后取出,晒干后,再切成棱长为1厘米的小正方体,这些小正方体未被染上黄漆的面积总和是 ___ 平方厘米.

完整解法
1. 分析打孔后剩余小正方体的数量及空间分布
原正方体木块棱长为 ,可划分为 个棱长为 的单位小正方体。
每个面上穿透的“十字形”孔由 5 个单位小正方形组成(中心 1 个,上下左右各 1 个),在三维空间中沿 三个方向贯穿。
将木块按高度从底到顶分为 5 层(),分析各层剩余小正方体的个数:
- 第 1 层与第 5 层:仅被垂直方向( 方向)的十字孔穿透,挖去 5 个,剩余 个;
- 第 2 层与第 4 层:被 方向的 5 个孔以及 方向的水平通槽穿透,挖去中心所在的整行与整列共 个,剩余 4 个 的角块,共 个;
- 第 3 层(中间层):三个方向的十字孔交汇,挖去除了 4 个角顶以外的所有位置,剩余 4 个角块,即 4 个。
打孔后剩余的小正方体总数为:
2. 计算小正方体之间的内部接触面总数
切开后未被染上黄漆的面,正是浸漆时相互贴合在一起的内部接触面。每个内部接触面在切开后会产生 2 个未染黄漆的小正方形面。
由三维对称性,垂直于 轴、 轴、 轴的接触面数量完全相等。我们只需计算垂直方向(层间接触面):
- 第 1 层与第 2 层的重合格子数:第 2 层的 16 个格子全部落在第 1 层的 20 个格子范围内,接触面数为 16;
- 第 2 层与第 3 层的重合格子数:第 3 层的 4 个角块全部在第 2 层的角块范围内,接触面数为 4;
- 第 3 层与第 4 层的重合格子数:同理为 4;
- 第 4 层与第 5 层的重合格子数:同理为 16。
因此,垂直方向( 方向)的接触面总数为:
根据图形在 三个方向的完全对称性:
内部接触面总数为:
3. 求未被染上黄漆的小正方体面积总和
每个内部接触面包含 2 个面积为 的未染色表面,故未被染上黄漆的面积总和为:
答案
240
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