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问题: 希望杯五数题

用若干个体积相等的小正方体堆积成一个大正方体,要使大正方体的对角线〔大正方体八个顶点中距离最远的两个顶点的连线〕穿过的小正方体都是黑色的,其余小正方体都是白色的。并保证大正方体每条边上有偶数个小正方体。堆积完成后,臼色小正方体的体积是大正方体总体积的93.75%。那么一共用了多少个黑色小正方体?

解答:

1.正方体有八个角,对角线有四条。
(任选定一个角,与三个角的连线组成了正方体的边,与三个角的连线组成了正方形的对方线,只与一个角的连线组成正方体的对角线。)

2.先算边长是大正方体1/n的小正方体,穿过对角线的有几个
就是说:小正方体的边长的n倍是大正方体的边长
n等于偶数时,小正方体有n*n*n个,黑色的有n*4个,原因是4条对角线穿过的小正方体没有重复的。
n等于大于1的奇数时,小正方体有n*n*n个,黑色的有n*4-3个,原因是4条对角线穿过的大正方体最最中心的小正方体是重复的。

n=1,共有小正方体1个,用了1个黑色的小正方体
n=2,共有小正方体8个,用了8个黑色的小正方体
n=3,共有小正方体27个,用了9个黑色的小正方体
n=4,共有小正方体64个,用了16个黑色的小正方体
...

白色是大的93.75%,可以看成黑的是大的6.25%

假定n是奇数,那么(n*4-3)/(n*n*n)=6.25%,n没有正整数解。

假定n是偶数,那么(n*4)/(n*n*n)=6.25%
4/(n*n)=6.25%
n*n=64
n=8
就是说大正方体的边长是黑色的小正方体边长的8倍。
n为偶数时,黑色的有n*4个,即
n*4=8*4=32个