Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 14 № 549974
i

В пра­виль­ной ше­сти­уголь­ной приз­ме АВСDEFА1B1C1D1E1F1 все ребра равны 1.

а)  До­ка­жи­те, что точки F и С рав­но­уда­ле­ны от плос­ко­сти ВЕD1.

б)  Най­ди­те рас­сто­я­ние между пря­мы­ми ЕD1 и FE1.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

а)  За­ме­тим, что пря­мые BE и CD па­рал­лель­ны C1D1, сле­до­ва­тель­но, се­че­ние про­хо­дит через точку С1. От­ре­зок CF пе­ре­се­ка­ет BE, а сле­до­ва­тель­но, и плос­кость се­че­ния в точке O  — цен­тре ос­но­ва­ния. Таким об­ра­зом, CO  =  FO. Про­ек­ции рав­ных от­рез­ков на одну плос­кость равны, сле­до­ва­тель­но, C'O  =  F'O, где C' и F'  —  про­ек­ции точек C и F на се­че­ние BED1C1. Тре­уголь­ни­ки CC'O и FF'O равны по ги­по­те­ну­зе и ка­те­ту. По­это­му CC'  =  FF'.

б)  За­ме­тим, что FE1 па­рал­лель­но BC1, сле­до­ва­тель­но, пря­мая FE1 па­рал­лель­на се­че­нию BED1C1. Таким об­ра­зом, ис­ко­мое рас­сто­я­ние равно рас­сто­я­нию от пря­мой FE1 до се­че­ния BED1C1. Сле­до­ва­тель­но, ис­ко­мое рас­сто­я­ние, это, на­при­мер, FF'  =  CC'. Най­дем по­след­нее как вы­со­ту пи­ра­ми­ды BECC1, опу­щен­ную из вер­ши­ны С. Объем пи­ра­ми­ды BECC1:

V = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби S_BCE умно­жить на CC_1 = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби S_BEC_1 умно­жить на CC',

от­ку­да CC' = дробь: чис­ли­тель: S_BCE, зна­ме­на­тель: S_BEC_1 конец дроби умно­жить на CC_1.

Из свойств пра­виль­но­го ше­сти­уголь­ни­ка S_BCE= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на 2 умно­жить на дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . Оче­вид­но, что се­че­ние BED1C1  — рав­но­бед­рен­ная тра­пе­ция в ко­то­рой бо­ко­вая сто­ро­на BC_1 = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та , а вы­со­та равна

C_1H = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: левая круг­лая скоб­ка ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те минус левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 7 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

Таким об­ра­зом,

S_BEC_1 = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на 2 умно­жить на дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 7 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 7 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ,

CC' = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 7 конец дроби конец ар­гу­мен­та = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 21 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 7 конец дроби .

Ответ: б) дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 21 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 7 конец дроби .

 

При­ве­дем ре­ше­ние Алек­сандра Тур­ба­но­ва (Ли­пецк).

Вве­дем пря­мо­уголь­ную си­сте­му ко­ор­ди­нат с на­ча­лом в точке B, как по­ка­за­но на ри­сун­ке. В этой си­сте­ме ко­ор­ди­нат:

B левая круг­лая скоб­ка 0; 0; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка ,

E левая круг­лая скоб­ка 1; ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та ; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка ,

D_1 левая круг­лая скоб­ка 0; ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та ; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка ,

F левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка ,

C левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка .

Най­дем урав­не­ние плос­ко­сти BED1 в виде Ax плюс By плюс Cz плюс D = 0. Плос­кость про­хо­дит через на­ча­ло ко­ор­ди­нат, а по­то­му D = 0. Под­став­ляя ко­ор­ди­на­ты точек E и D1, на­хо­дим:

 си­сте­ма вы­ра­же­ний A плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та B = 0, ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та B плюс C = 0. конец си­сте­мы . рав­но­силь­но си­сте­ма вы­ра­же­ний ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та B = минус A, ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та B = минус C конец си­сте­мы . рав­но­силь­но си­сте­ма вы­ра­же­ний A = C, B = минус дробь: чис­ли­тель: C, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та конец дроби , конец си­сте­мы .

от­ку­да

Cx минус дробь: чис­ли­тель: C, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та конец дроби y плюс Cz=0 \underset C не равно 0 \mathop рав­но­силь­но ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та x минус y плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та z=0.

Най­дем рас­сто­я­ния от точек F и C до плос­ко­сти BED1:

\rho левая круг­лая скоб­ка F;BED_1 пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: | дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та минус дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на 1 плюс 0 умно­жить на ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та |, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 плюс 3 плюс 1 конец ар­гу­мен­та конец дроби = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 7 конец дроби конец ар­гу­мен­та ,

\rho левая круг­лая скоб­ка C;BED_1 пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: | минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та плюс 0 умно­жить на ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та |, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 плюс 3 плюс 1 конец ар­гу­мен­та конец дроби = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 7 конец дроби конец ар­гу­мен­та .

Таким об­ра­зом, точки F и С рав­но­уда­ле­ны от плос­ко­сти ВЕD1.

б)  Пря­мая BC1 па­рал­лель­на пря­мой E1F. До­ка­жем, что точка C1 лежит в плос­ко­сти BED1. Под­ста­вим ко­ор­ди­на­ты точки С_1 левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ;1 пра­вая круг­лая скоб­ка в урав­не­ние плос­ко­сти, по­лу­чим:  минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та минус дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та =0. Это ра­вен­ство верно, сле­до­ва­тель­но, точка C1 дей­стви­тель­но при­над­ле­жит плос­ко­сти BED1. Тогда и пря­мая BC1 при­над­ле­жит плос­ко­сти BED1, а зна­чит, плос­кость BED1 па­рал­лель­ная пря­мой E1F. Най­дем рас­сто­я­ние между пря­мы­ми ЕD1 и FE1:

 \rho левая круг­лая скоб­ка E_1F; ED_1 пра­вая круг­лая скоб­ка = \rho левая круг­лая скоб­ка F; BED_1 пра­вая круг­лая скоб­ка = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 7 конец дроби конец ар­гу­мен­та = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 21 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 7 конец дроби .

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нияБаллы
Име­ет­ся вер­ное до­ка­за­тель­ство утвер­жде­ния пунк­та a) и обос­но­ван­но по­лу­чен вер­ный ответ в пунк­те б)3
По­лу­чен обос­но­ван­ный ответ в пунк­те б)

ИЛИ

име­ет­ся вер­ное до­ка­за­тель­ство утвер­жде­ния пунк­та а) и при обос­но­ван­ном ре­ше­нии пунк­та б) по­лу­чен не­вер­ный ответ из-за ариф­ме­ти­че­ской ошиб­ки

2
Име­ет­ся вер­ное до­ка­за­тель­ство утвер­жде­ния пунк­та а)

ИЛИ

при обос­но­ван­ном ре­ше­нии пунк­та б) по­лу­чен не­вер­ный ответ из-за ариф­ме­ти­че­ской ошиб­ки,

ИЛИ

обос­но­ван­но по­лу­чен вер­ный ответ в пунк­те б) с ис­поль­зо­ва­ни­ем утвер­жде­ния пунк­та а), при этом пункт а) не вы­пол­нен

1
Ре­ше­ние не со­от­вет­ству­ет ни од­но­му из кри­те­ри­ев, при­ведённых выше0
Мак­си­маль­ный балл3
Источник: А. Ларин. Тре­ни­ро­воч­ный ва­ри­ант № 322 (часть C)
Методы геометрии: Метод объ­е­мов
Классификатор стереометрии: Пра­виль­ная ше­сти­уголь­ная приз­ма, Рас­сто­я­ние между пря­мы­ми