216个同样大小的小正方体,其中90个为白色,剩余为黑色.现将它们拼成一个大正方体,大正方体表面白色部分与黑色部分面积比的比值最大是多少?( ).
A. B. C. D.
完整解法
1. 确定大正方体的边长与表面小正方形总数
拼成的大正方体由 个小正方体组成,因为 ,所以大正方体的每条棱包含 个小正方体。
大正方体的表面共有 个面,每个面包含 个单位小正方形表面,总表面积共有:
2. 按外露面数对小正方体的位置进行分类
组成大正方体的小正方体根据所在位置不同,外露的面数分为四类:
- 顶点处:共 个,每个小正方体外露 个面;
- 棱上(不含顶点):共 个,每个小正方体外露 个面;
- 面中心(不含棱):共 个,每个小正方体外露 个面;
- 内部中心:共 个,外露 个面。
3. 采用贪心原则分配白色小正方体,求白色表面积的最大值
要使大正方体表面白色部分与黑色部分面积比的比值最大,需使表面白色小面数尽可能多,黑色小面数尽可能少。
因此应优先将 个白色小正方体放置在外露面数较多的位置:
- 优先放满 个顶点:用去 个白色小正方体,提供表面积 ;
- 接着放满 个棱上位置:用去 个白色小正方体,提供表面积 ;
- 此时已使用 个白色小正方体,还剩 个白色小正方体,将其放置在面中心位置,提供表面积 。
由此得到大正方体表面白色部分的最大总面数为:
4. 计算黑色部分表面积并求出最大面积比
大正方体表面黑色部分的面数为:
因此,大正方体表面白色部分与黑色部分面积比的最大值为:
故选 C.
答案
C
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