В правильной четырёхугольной пирамиде PABCD сторона основания ABCD равна 12, боковое ребро PA ― $12 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента$ Через вершину A проведена плоскость α, перпендикулярная прямой PC и пересекающая ребро PC в точке K.
а) Докажите, что плоскость α делит высоту PH пирамиды PABCD в отношении 2 : 1, считая от вершины P.
б) Найдите расстояние между прямыми PH и BK.
а) Докажите, что плоскость α делит высоту PH пирамиды PABCD в отношении 2 : 1, считая от вершины P.
б) Найдите расстояние между прямыми PH и BK.
💡 Пошаговый разбор и решение:
[рис.] а) Пусть прямая AK пересекает прямую PH в точке M. $PC\bot альфа$ и $AK\subset альфа$ поэтому $PC\bot AK$ $AC=AB $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента =12 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента =AP$ поэтому AK ― высота и медиана правильного треугольника PAC. Следовательно, M ― точка пересечения медиан этого треугольника, откуда и получаем PM : MH = 2 : 1.
б) Пусть точка L ― проекция точки K на плоскость ABC. KL || PH и PK = KC, поэтому $L принадлежит AC$ и L ― середина CH. Отрезок BL ― проекция отрезка BK на плоскость ABC. Поскольку $( ABC ) \bot PH$ точка H ― проекция прямой PH на плоскость ABC. Значит, расстояние между прямыми PH и BK = расстоянию от точки H до прямой BL, то есть высоте h треугольника BHL проведенной из вершины H.
Далее имеем:
$BH= $\frac{BD}{2}$ = \frac{12 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента}{2} =6 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента$ $LH= $\frac{AC}{4}$ = \frac{12 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента}{4} =3 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента$ $BL= $\sqrt{аргумента: BH ^2 + LH ^2}$ аргумента =3 $\sqrt{аргумента: 10}$ аргумента$
$h= $\frac{2S_\Delta BHL}{BL}$ = $\frac{BH \cdot LH}{BL}$ = \frac{6 $\sqrt{аргумента: 10}$ аргумента}{5}$
Ответ: б) $\frac{6 $\sqrt{аргумента: 10}$ аргумента}{5}$
Приведем решение пункта б) Александра Турбанова (Липецк).
[рис.]
б) Поскольку треугольник PAC — = сторонний, то
$PH=AP \cdot \sin 60 ^{\circ} =12 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента \cdot \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} =6 $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента$
Введем прямоугольную систему координат с началом в точке B, как показано на рисунке. Имеем:
$B ( 0;0;0 )$
$P ( 6;6;6 $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента )$
$H ( 6;6;0 )$
$K ( 3;9;3 $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента )$
$\overrightarrowPH ( 0; 0; - 6 $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента )$
$\overrightarrowBK ( 3; 9; 3 $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента )$
Рассмотрим плоскость α, которая проходит через прямую PH параллельно прямой BK. Вектор $\overrightarrowBK$ параллелен плоскости α, а значит, перпендикулярен нормали к ней. Пусть вектор нормали имеет координаты $\vecn = ( A, B, C )$ тогда
$\overrightarrowBK \cdot \vecn = 3A + 9B + 3 $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента C = 0$
Подставим координаты точек P и H в уравнение плоскости $Ax + By + Cz + D=0$ получим систему уравнений:
$$$\begin{cases} 6А + 6B + 6 $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента C + D=0 \\[6pt] 6A + 6B + D = 0 \\[6pt] A + 3B + $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента C = 0 . \end{cases}$$$
Вычтем из первого уравнения системы второе, получим: $6 $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента C = 0$ откуда $C = 0$ Подставим в третье уравнение, получим $A + 3B = 0$ откуда $A = - 3B$ Находим D:
$ - 18B + 6B + D = 0 = сильно D = - 3B$
Получаем уравнение плоскости α:
$ - 3Bx + By + 12B = 0 = сильно - 3x + y + 12 = 0$
следовательно, вектор нормали к плоскости α имеет координаты $\vecn_1 = ( - 3; 1;0 )$ Расстояние между прямыми PH и BK =
$\rho ( PH;BH ) = \rho ( B; альфа ) = \frac{| - 3 \cdot 0 + 1 \cdot 0 + 12|}{$\sqrt{аргумента: 9 + 1 + 0}$ аргумента} = \frac{12}{$\sqrt{аргумента: 10}$ аргумента} = \frac{6 $\sqrt{аргумента: 10}$ аргумента}{5}$
б) Пусть точка L ― проекция точки K на плоскость ABC. KL || PH и PK = KC, поэтому $L принадлежит AC$ и L ― середина CH. Отрезок BL ― проекция отрезка BK на плоскость ABC. Поскольку $( ABC ) \bot PH$ точка H ― проекция прямой PH на плоскость ABC. Значит, расстояние между прямыми PH и BK = расстоянию от точки H до прямой BL, то есть высоте h треугольника BHL проведенной из вершины H.
Далее имеем:
$BH= $\frac{BD}{2}$ = \frac{12 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента}{2} =6 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента$ $LH= $\frac{AC}{4}$ = \frac{12 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента}{4} =3 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента$ $BL= $\sqrt{аргумента: BH ^2 + LH ^2}$ аргумента =3 $\sqrt{аргумента: 10}$ аргумента$
$h= $\frac{2S_\Delta BHL}{BL}$ = $\frac{BH \cdot LH}{BL}$ = \frac{6 $\sqrt{аргумента: 10}$ аргумента}{5}$
Ответ: б) $\frac{6 $\sqrt{аргумента: 10}$ аргумента}{5}$
Приведем решение пункта б) Александра Турбанова (Липецк).
[рис.]
б) Поскольку треугольник PAC — = сторонний, то
$PH=AP \cdot \sin 60 ^{\circ} =12 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента \cdot \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} =6 $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента$
Введем прямоугольную систему координат с началом в точке B, как показано на рисунке. Имеем:
$B ( 0;0;0 )$
$P ( 6;6;6 $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента )$
$H ( 6;6;0 )$
$K ( 3;9;3 $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента )$
$\overrightarrowPH ( 0; 0; - 6 $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента )$
$\overrightarrowBK ( 3; 9; 3 $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента )$
Рассмотрим плоскость α, которая проходит через прямую PH параллельно прямой BK. Вектор $\overrightarrowBK$ параллелен плоскости α, а значит, перпендикулярен нормали к ней. Пусть вектор нормали имеет координаты $\vecn = ( A, B, C )$ тогда
$\overrightarrowBK \cdot \vecn = 3A + 9B + 3 $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента C = 0$
Подставим координаты точек P и H в уравнение плоскости $Ax + By + Cz + D=0$ получим систему уравнений:
$$$\begin{cases} 6А + 6B + 6 $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента C + D=0 \\[6pt] 6A + 6B + D = 0 \\[6pt] A + 3B + $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента C = 0 . \end{cases}$$$
Вычтем из первого уравнения системы второе, получим: $6 $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента C = 0$ откуда $C = 0$ Подставим в третье уравнение, получим $A + 3B = 0$ откуда $A = - 3B$ Находим D:
$ - 18B + 6B + D = 0 = сильно D = - 3B$
Получаем уравнение плоскости α:
$ - 3Bx + By + 12B = 0 = сильно - 3x + y + 12 = 0$
следовательно, вектор нормали к плоскости α имеет координаты $\vecn_1 = ( - 3; 1;0 )$ Расстояние между прямыми PH и BK =
$\rho ( PH;BH ) = \rho ( B; альфа ) = \frac{| - 3 \cdot 0 + 1 \cdot 0 + 12|}{$\sqrt{аргумента: 9 + 1 + 0}$ аргумента} = \frac{12}{$\sqrt{аргумента: 10}$ аргумента} = \frac{6 $\sqrt{аргумента: 10}$ аргумента}{5}$
Правильный ответ:
б) $дробь: числитель: 6 корень из: начало аргумента: 10 конец аргумента , знаменатель: 5 конец дроби$
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 68339 • Задание №14
В правильной четырёхугольной пирамиде SABCD сторона основания AD = 12, а высота равна 3. На ребрах AB, CD, A...
ID 70999 • Задание №18
Найдите все значения a, при которых уравнение
$корень из: начало аргумента: x в степени 4 плюс левая круглая ...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
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 выше | 0
Максимальный балл | 3
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
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 выше | 0
Максимальный балл | 3
🔗 Другие задания линии №14 по предмету Математика. Профильный уровень:
ID 67919
Дана прямая треугольная призма ABCA1B1C1, двугранный угол призмы при ребре AA1 равен 60°.
а) Д...
ID 67920
В правильной четырёхугольной пирамиде SABCD сторона AB основания равна $2 корень из 3$ а высота...
ID 67921
В правильной треугольной призме ABCA1B1C1 все рёбра равны 1.
а) Докажите, что расстояние между...
ID 67922
Основанием прямой треугольной призмы ABCA1B1C1 является прямоугольный треугольник ABC с прямым ...
ID 67923
Расстояние между боковыми ребрами AA1 и BB1 прямой треугольной призмы ABCA1B1C1 равно 5, а расс...