한 층으로 쌓은 큐브, 네 면에 색이 칠해질 수 있을까?

두 반대 경계층이 같은 층에 겹치는 얇은 직육면체에서 칠해진 면 수 분류가 달라짐을 센다.

알파벳이 새겨진 나무 정육면체 블록 더미

사진: Bobjgalindo · CC BY 4.0 · 원본 출처

작은 단위 정육면체를 1×3×4개로 쌓아 직육면체를 만든다. 겉의 여섯 면을 전부 칠한 뒤 작은 큐브로 분리한다. 작은 큐브에는 칠해진 면이 많아야 세 개라는 판단이 맞는가? 칠해진 면 수별 개수를 구하라.

1×3×4=12.1\times3\times4=12.

두께가 한 큐브뿐이라 윗면과 아랫면이 서로 다른 작은 큐브 층에 나뉘지 않는다. 열두 큐브 모두 마주 보는 두 면에 페인트가 있다. 두 면은 한 모서리에서 만나는 두 면과 다른 배치다.

3×4 배열의 네 모서리 큐브는 옆면 두 개가 더 칠해진다. 모서리 아닌 경계 큐브는 (3−2)×2+(4−2)×2=6개, 내부는 (3−2)(4−2)=2개다.

N4=4,N3=6,N2=2,N0=N1=N5=N6=0.N_4=4,\quad N_3=6,\quad N_2=2,\quad N_0=N_1=N_5=N_6=0.

합이 열두 개인지도 확인한다. 모든 큐브는 두 수직 방향의 경계에 최대 하나씩 닿지만, 두께 방향에서는 반대 경계 둘에 동시에 닿는다. “모서리 큐브는 세 면”이라는 정육면체 설명의 숨은 두께 조건이 사라진 것이다.

교사는 면을 칠한 큐브 수와 칠해진 작은 면의 총수를 구별한다. 여기서는 작은 면 총수도 4×4+6×3+2×2=38로, 큰 직육면체 겉넓이 2(3×4+1×3+1×4)=38과 일치한다. 분류와 면적이라는 서로 다른 검산을 연결할 수 있다.

착안 원문: Partly Painted Cube. 위 조건·문항과 해설은 새로 구성했다. 원문의 문항이나 그림을 번역·재사용한 것이 아니다.