立体几何与空间模型 · 标记对应

展开图与折叠

固定一面,沿共边折叠;方向与顶点都跟着纸面走。

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01

同一张纸,哪些面会相遇?

六个相同正方形按左图连接:A 居中,B 在左、C 在右、D 在上、E 在下,F 在 D 上方。所有字母和标记都画在纸的同一侧。保持连接,向纸背侧折叠;固定 A 为正面,D 为顶面。问相对面、箭头方向和标记顶点各在哪里?

ABCDEFF 在 D 上方;D、A、E 排成一列
BEADCF观察正面 A:上方 D,右方 C

第一幅是原展开图,第二幅是折叠过程。图形采用正交投影;纸片忽略厚度。箭头与金点在整个过程中都属于原来的纸面。

面的位置 · 第 1 / 4 步

固定基面 A

先确认邻接关系。F 只和 D 共边,不能把 F 当作直接和 A 相邻。

原有共边是铰链,不能拆开重贴。

02

从邻接到空间对应

学习目标:从展开图确定相邻和相对面;固定观察方向后追踪箭头与顶点;用重合排除错误展开图。必要前置:正方体有 6 个面、12 条棱、8 个顶点;每个顶点恰有三个面相交;会辨认正方形的四条边及四个角。

先定一个面,再沿共边传递

A 保持不动。B、C、D、E 分别绕与 A 的共边向背侧转 90°,成为左、右、上、下四个面。F 跟着 D 移动,再绕 D 的另一条平行边转 90°,盖到背面。六面恰好覆盖正方体六个面,没有面内重合。

位置和方向都要跟踪

两个面在展开图中共边,折后必相邻;展开图中不共边,折后也可能相邻,如 F 与 C。不能用纸上的距离判断相对。标记是画在纸上的,必须和纸面一起转,不能折完后重新按屏幕“向上”补画。

本展开图的折叠位置表(固定 A 为正、D 为上)
面折后位置相对面原图向上箭头折后朝向
A正面F顶面 D
B左面C顶面 D
C右面B顶面 D
D顶面E背面 F
E底面D正面 A
F背面A底面 E

这张表来自逐面转动,不是“隔一个面必相对”的通用口诀。正方体上每个面恰有四个相邻面和一个相对面:A/F、B/C、D/E 三对相对,其余任意两面均共一条棱。

为什么箭头结果成立?

面内箭头若指向某条边,折叠时箭头尖始终指向这条边。A 的向上箭头指向 A–D 共边,所以折后朝 D。F 的向上箭头指向 F 的外上边;D、F 连续两次转过 90°后,F 到 A 的背后,原上边转到底部,与 E 相接,所以 F 的箭头朝 E。判断用的是边的身份,而不是投影里箭头看起来朝哪边。

为什么顶点能对应?

固定 A 后,沿棱连接的两个端点始终一致。先确定一个角落在哪两条边上,再找这两条边折后分别与谁相接;三面的公共交点就是同一个空间顶点。一个顶点只归三张面,不可能同时属于一对相对面。

适用范围:本页只研究正方体的等大正方形面,按已给连接关系折叠、不拉伸、不穿透、不翻面。长方体的边长匹配、任意多面体的展开,以及任意六连方的完整分类均不在本页结论内。S 班为本项目的教学分层,不表示官方课纲。

03

两道完整例题

例题一|固定正面和顶面,排除镜像

题目(自拟):使用开头的展开图,从有字的一侧向纸背折成正方体,所有字母朝外。把 A 放在正面、D 放在顶面。右面是哪一面?A 的相对面是哪一面?A 与 F 上原来均向上的箭头是否同向?

  1. 固定朝向。A 保持正面,D 向背侧折成顶面。C 在原图 A 的右侧,绕 A 的右边折入,成为右面;B 为左面。已固定 A、D 后不能单独交换 B 和 C。
  2. 追踪第二级连接。F 并非直接接 A;它跟随 D,再从 D 外侧折入,成为背面。因此 A 的相对面是 F。
  3. 跟着边追踪箭头。A 的箭头朝 A–D 边,故朝顶面 D;F 的原上边折到底部,故其箭头朝底面 E。二者沿空间的上下方向相反。

答案:右面 C;A 的相对面 F;两箭头反向。若只给“A 是正面”而不固定顶面,围绕 A 的转动仍有多种可能,不能直接照搬右面答案。

例题二|从一枚角标找三面公共顶点

题目(自拟):仍用同一展开图,在 F 的原右上角画一个金点。折成同一个正方体后,这枚金点对应 C 和 E 的哪一个原角?这里“右上、右下”始终按展开图的原方向命名。

  1. 锁定两条边。F 原右上角是 F 原右边与原上边的交点。F 折到背面后,其原右边与右面 C 接合,其原上边与底面 E 接合,所以金点在背、右、下三个面的公共顶点。
  2. 在 C 上定位。C 原右边折后成为 C–F 棱,C 原下边折后成为 C–E 棱。这两边在 C 的原右下角相交。
  3. 在 E 上定位。E 原右边折后成为 E–C 棱,E 原下边折后成为 E–F 棱。这两边在 E 的原右下角相交。

答案:F 原右上角 = C 原右下角 = E 原右下角。这三个角在平面上分开,折后是一个顶点;不是三枚点“看起来靠近”就算证明。

04

迁移练习

练习一|正面右上角

仍按同一展开图折叠,固定 A 为正面、D 为顶面。在 A 的原右上角做标记。它与 C、D 的哪两个原角相合?能与 F 上的任意一个角相合吗?

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A 右上角在 A–C 棱与 A–D 棱的交点。C 原左边与 A 共边,C 原上边折后接 D,两边交于 C 原左上角;D 原下边与 A 共边,D 原右边折后接 C,两边交于 D 原右下角。因此 A 原右上角 = C 原左上角 = D 原右下角。A 与 F 是相对面,没有公共顶点,所以不可能与 F 的任意角相合。

练习二|箭头方向与左右对称

在 F 的原图中画一支向左的箭头,并在 F 的原左上角做标记。折后箭头朝哪个面?该角与 B、E 的哪两个原角相合?

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F 向左箭头指向原左边,折后此边与左面 B 接合,所以箭头朝 B。F 原左上角由其原左边和原上边相交而成,折后在 B、E、F 的公共顶点。B 的原左边接 F、原下边接 E,故对应 B 原左下角;E 的原左边接 B、原下边接 F,故对应 E 原左下角。答案:朝 B;F 原左上角 = B 原左下角 = E 原左下角。这里用对称结构检查结果,同时仍按边确认每个角。

05

反例、易错与回顾

边界反例:六格直条不能合成正方体

把 A、B、C、D、E、F 六个正方形排成直条,只能沿相邻共边折叠。若要成为正方体,每条连接边处必须形成 90°的内二面角,方向由朝外的一侧确定。沿同一带依次折叠,前四面绕一圈,第五面 E 回到 A 的位置,第六面 F 回到 B 的位置,面内重合,不能覆盖六个不同面。翻转折叠方向不会把重合的带变成六个不同的正方体面。

因此,“面积是六个单位正方形”“每个格子都连着”都只是必要条件的一部分,不能单独保证可折。这个反例排除直条,并不提供所有六连方的充分判据。

回顾:定基面 → 沿共边折 → 记录面的位置 → 追踪标记所指的边或角 → 用相对面不相交、三面共顶点和无重合检查结果。

06

逐章回看

标题可定位到对应视频章节。

把这张展开图折成正方体。固定 A 为正面,D 在 A 上方,F 又在 D 上方。

沿共边把四周折九十度。F 必须跟着 D 移动,不能留在原处。

F 再折一次成为背面。所以 A 与 F、B 与 C、D 与 E 分别相对。

两个平面上都向上的箭头,折后方向不同。A 的箭头朝顶面 D,F 的箭头朝底面 E。

换到背面看。F 原来的右上角,与 C、E 原来的右下角合成同一个顶点。

六个格子不一定能折成正方体。六格直条绕一圈后,第五格与第一格重合,应当排除。