Задания
Версия для печати и копирования в MS Word

В пра­виль­ную тре­уголь­ную пи­ра­ми­ду с бо­ко­вым реб­ром 4 и сто­ро­ной ос­но­ва­ния 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та впи­сан шар. Плос­кость α пер­пен­ди­ку­ляр­на вы­со­те пи­ра­ми­ды и про­хо­дит через её се­ре­ди­ну.

а)  До­ка­жи­те, что плос­кость α и шар не имеют общих точек.

б)  Най­ди­те рас­сто­я­ние от цен­тра шара до плос­ко­сти α.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

б)  Обо­зна­чим ос­но­ва­ние пи­ра­ми­ды ABC, а вер­ши­ну D. Пусть точка O  — центр ос­но­ва­ния, точка M  — точка пе­ре­се­че­ния плос­ко­сти α с вы­со­той DO, ее се­ре­ди­на, точка O1  — центр впи­сан­но­го шара, точка  K  — се­ре­ди­на ребра  AB, точка  H  — ос­но­ва­ние ра­ди­у­са впи­сан­но­го шара, опу­щен­но­го на апо­фе­му DK. На­хо­дим:

AK= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби AB= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3, конец ар­гу­мен­та

DK= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: AD в квад­ра­те минус AK в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та ,

CK= дробь: чис­ли­тель: AB ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =3,

OK= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби CK=1,

DO= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: DK в квад­ра­те минус OK в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та =2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та .

Обо­зна­чим r  =  O1H  =  OO1. Тре­уголь­ни­ки DOK и DHO1 по­доб­ны, сле­до­ва­тель­но,

 дробь: чис­ли­тель: O_1H, зна­ме­на­тель: OK конец дроби = дробь: чис­ли­тель: DO_1, зна­ме­на­тель: DK конец дроби рав­но­силь­но r = дробь: чис­ли­тель: 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та минус r, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та конец дроби рав­но­силь­но r = дробь: чис­ли­тель: 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та плюс 1 конец дроби \equiv дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та левая круг­лая скоб­ка ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 6 конец дроби .

Вы­чис­лим рас­сто­я­ние от цен­тра шара до плос­ко­сти α:

d левая круг­лая скоб­ка O_1, альфа пра­вая круг­лая скоб­ка = O_1M = OM минус OO_1 = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та минус дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та левая круг­лая скоб­ка ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 6 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та левая круг­лая скоб­ка 7 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 6 конец дроби .

а)  За­ме­тим, что

O_1M минус r = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та левая круг­лая скоб­ка 7 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 6 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та левая круг­лая скоб­ка ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 6 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 2 левая круг­лая скоб­ка 4 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та конец дроби боль­ше 0,

по­сколь­ку  ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та мень­ше 4. Сле­до­ва­тель­но, рас­сто­я­ние от цен­тра шара до плос­ко­сти α боль­ше ра­ди­у­са, и шар с плос­ко­стью не пе­ре­се­ка­ет­ся.

 

Ответ: б)  дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та левая круг­лая скоб­ка 7 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 6 конец дроби .

 

При­ве­дем дру­гое ре­ше­ние пунк­та а).

Ра­ди­ус шара, впи­сан­но­го в пи­ра­ми­ду ABCD равен r = дробь: чис­ли­тель: 3V, зна­ме­на­тель: S_п.п. конец дроби , где V  — объем пи­ра­ми­ды, Sп.п.  — пло­щадь пол­ной по­верх­но­сти пи­ра­ми­ды. Пло­щадь ос­но­ва­ния пи­ра­ми­ды равна

S_осн = дробь: чис­ли­тель: a в квад­ра­те ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка 2 ко­рень из 3 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 12 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби = 3 ко­рень из 3 .

Ра­ди­ус окруж­но­сти, опи­сан­ной около ос­но­ва­ния пи­ра­ми­ды, равен R = дробь: чис­ли­тель: a ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = 2, вы­со­та пи­ра­ми­ды равна

H = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: l в квад­ра­те минус R в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 4 в квад­ра­те минус 2 в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 16 минус 4 конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 12 конец ар­гу­мен­та = 2 ко­рень из 3 .

Най­дем объем пи­ра­ми­ды:

V = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби S_оснH = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби умно­жить на 3 ко­рень из 3 умно­жить на 2 ко­рень из 3 = 6.

Пло­щадь бо­ко­вой по­верх­но­сти пи­ра­ми­ды равна S_бок = ph, где p  — по­лу­пе­ри­метр ос­но­ва­ния, r = дробь: чис­ли­тель: a ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 6 конец дроби = 1   — ра­ди­ус впи­сан­ной в ос­но­ва­ние пи­ра­ми­ды окруж­но­сти, h  — апо­фе­ма пи­ра­ми­ды. Тогда

p = дробь: чис­ли­тель: 3 умно­жить на 2 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = 3 ко­рень из 3 .

h = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: H в квад­ра­те плюс r в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 12 плюс 1 конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та .

S_бок = ph = 3 ко­рень из 3 умно­жить на ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та = 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 39 конец ар­гу­мен­та ,

S_полн = S_осн плюс S_бок = 3 ко­рень из 3 плюс 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 39 конец ар­гу­мен­та .

Най­дем ра­ди­ус шара, впи­сан­но­го в пи­ра­ми­ду:

r = дробь: чис­ли­тель: 3V, зна­ме­на­тель: S_п.п. конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 3 умно­жить на 6, зна­ме­на­тель: 3 ко­рень из 3 плюс 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 39 конец ар­гу­мен­та конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 6, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 39 конец ар­гу­мен­та плюс ко­рень из 3 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 39 конец ар­гу­мен­та минус ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 6 конец дроби .

Вы­со­та пи­ра­ми­ды равна 2 ко­рень из 3 , сле­до­ва­тель­но, по­сколь­ку плос­кость α про­хо­дит через се­ре­ди­ну вы­со­ты пи­ра­ми­ды, рас­сто­я­ние между плос­ко­стью ос­но­ва­ния пи­ра­ми­ды и плос­ко­стью α равно  ко­рень из 3 .  дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 39 конец ар­гу­мен­та минус ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 6 конец дроби мень­ше ко­рень из 3 , по­это­му плос­кость α и шар не имеют общих точек.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нияБаллы
Име­ет­ся вер­ное до­ка­за­тель­ство утвер­жде­ния пунк­та а), 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 № 446
Методы геометрии: Тео­ре­ма Пи­фа­го­ра
Классификатор стереометрии: Пер­пен­ди­ку­ляр­ность пря­мой и плос­ко­сти, Впи­сан­ный шар, Ком­би­на­ции мно­го­гран­ни­ков и круг­лых тел. Опи­сан­ные сферы, Пра­виль­ная тре­уголь­ная пи­ра­ми­да