В правильной треугольной призме АВСА′B′C′ сторона основания АВ равна 6, а боковое ребро АА′ = 3. На ребре АВ отмечена точка К так, что АК = 1. Точки М и L — середины рёбер А′С′ и В′С′ соответственно. Плоскость γ параллельна прямой АС и содержит точки К и L.
а) Докажите, что прямая ВМ перпендикулярна плоскости γ.
б) Найдите расстояние от точки С до плоскости γ.
а) Докажите, что прямая ВМ перпендикулярна плоскости γ.
б) Найдите расстояние от точки С до плоскости γ.
💡 Пошаговый разбор и решение:
[рис.] а) Построим сечение призмы плоскостью γ. Проведём КР || АС, $P принадлежит CB$ CP = 1. Проведём PL, проведём LR || AC, $R принадлежит A'B'$ Проведём RK. Трапеция LPKR — искомое сечение. Сечение параллельно АС по признаку параллельности прямой к плоскости.
Введём систему координат, как показано на рисунке. В этой системе координат: В(0; 0; 0), С(0; 6; 0), В'(0; 0; 3), C'(0; 6; 3), $A ( 3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента ; 3; 0 )$ $A' ( 3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента ; 3; 3 )$ P(0; 5; 0), $T ( \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ; $\frac{9}{2}$ ; 0 )$ $M ( \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ; $\frac{9}{2}$ ; 3 )$ $K ( \frac{5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ; $\frac{5}{2}$ ; 0 )$
Тогда
$\overrightarrowBM= ( \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ; $\frac{9}{2}$ ; 3 )$ $\overrightarrowKP= ( \frac{ - 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ; $\frac{5}{2}$ ; 0 )$ $\overrightarrowLP= ( 0; 2; - 3 )$
Откуда получаем:
$\overrightarrowBM \cdot \overrightarrowKP = ( \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ; $\frac{9}{2}$ ; 3 ) \cdot ( \frac{ - 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ; $\frac{5}{2}$ ; 0 ) = - $\frac{45}{4}$ + $\frac{45}{4}$ + 0=0$
$\overrightarrowBM \cdot \overrightarrowLP= ( \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ; $\frac{9}{2}$ ; 3 ) \cdot ( 0; 2; - 3 ) =0 + 9 - 9=0$
Так как $\overrightarrowBM \perp \overrightarrowKP$ и $\overrightarrowBM \perp \overrightarrowLP$ получаем, что $BM \perp ( KLP )$
б) Далее заметим, что плоскость сечения перпендикулярна вектору $\overrightarrowBM$ найдем уравнение плоскости и вычислим расстояние от точки до плоскости.
Найдём свободный член D в уравнении плоскости $\frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} x + $\frac{9}{2}$ y + 3z + D=0$ подставив координаты точки К:
$\frac{5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} \cdot \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} + $\frac{9}{2}$ \cdot $\frac{5}{2}$ + 3 \cdot 0 + D=0 = сильно$ $\frac{45}{4} + $\frac{45}{4}$ + D= $\frac{90}{4}$ + D = $\frac{45}{2}$ + D$ поэтому $D= - \frac{45}{2}$
Упростив уравнение плоскости, получим: $\sqrt{аргумента: 3} аргумента x + 3y + 2z - 15=0$
Тогда для искомого расстояния получаем:
$d ( C; ( KLP ) ) = \frac{|Ax_0 + By_0 + Cz_0 + D|}{$\sqrt{аргумента: A ^2 + B ^2 + C ^2}$ аргумента} =$ $\frac{| $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента \cdot 0 + 3 \cdot 6 + 2 \cdot 0 - 15|}{$\sqrt{аргумента: 3 + 9 + 4}$ аргумента} = \frac{3}{4}$
Приведем другое решение.
[рис.]
а) Четырёхугольник RLPK — искомое сечение. Проведём плоскость B'MTB. Имеем:
$B'M \cap RL = F'$ $BT \cap KP = F$ $( B'MT ) \cap гамма = F'F$
Рассмотрим прямоугольник BB'MT. Заметим, что LR — средняя линия треугольника A'B'C', тогда F' — середина B'M, тогда
$F'M= $\frac{1}{2}$ B'M= $\frac{1}{2}$ \cdot 6 \cdot \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} = \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2}$
$\frac{FT}{BT} = \frac{KA}{BA}$ (ΔBKF ~ ΔBAT):
$\frac{FT}{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента} = $\frac{1}{6}$ = сильно FT= \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2}$
Пусть теперь $FH || MT,H принадлежит B'M$ Тогда $F'H=F'M - FT= $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента$
$BM= \sqrt{аргумента: 3 ^2 + ( 3 $\sqrt{начало аргумента: 3}$ аргумента ) ^2}аргумента = $\sqrt{аргумента: 9 + 27}$ аргумента =6$ $F'F= $\sqrt{аргумента: F'H ^2 + HF ^2}$ аргумента = \sqrt{аргумента: ( $\sqrt{начало аргумента: 3}$ аргумента ) ^2 + 3 ^2}аргумента = $\sqrt{аргумента: 3 + 9}$ аргумента = 2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента$
На продолжении TB за точку B отметим точку F'', такую, что $F''B=F'M= \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2}$ Тогда $F''F' || BM$ и $F''F'= 6$
Далее,
$F''F= \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} + ( 3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента - \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ) = 4 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента$
$6 ^2 + ( 2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента ) ^2 = ( 4 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента ) ^2 = сильно ( F''F' ) ^2 + ( F'F ) ^2 = ( F''F ) ^2$
По обратной теореме Пифагора, треугольник FF'F'' прямоугольный $( F''F' \perp F'F )$ следовательно, $BM \perp FF'$
б) Заметим, что поскольку $( AC ) || гамма$ то $d ( C, гамма ) =d ( T, гамма )$ Пусть основанием перпендикуляра опущенного из T на γ будет являться точка S. Тогда TS || BM || F''F'. Таким образом, треугольники FTS и FF''F' будут подобны. Следовательно, $\frac{TS}{F''F'} = \frac{FT}{FF''}$ откуда $TS= \frac{\dfrac $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} \cdot 64 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента = \frac{3}{4}$
Ответ: б) $\frac{3}{4}$
Еще один подход к решению задачи, не использующий метод координат, укажем на примере задачи 514653.
Введём систему координат, как показано на рисунке. В этой системе координат: В(0; 0; 0), С(0; 6; 0), В'(0; 0; 3), C'(0; 6; 3), $A ( 3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента ; 3; 0 )$ $A' ( 3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента ; 3; 3 )$ P(0; 5; 0), $T ( \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ; $\frac{9}{2}$ ; 0 )$ $M ( \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ; $\frac{9}{2}$ ; 3 )$ $K ( \frac{5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ; $\frac{5}{2}$ ; 0 )$
Тогда
$\overrightarrowBM= ( \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ; $\frac{9}{2}$ ; 3 )$ $\overrightarrowKP= ( \frac{ - 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ; $\frac{5}{2}$ ; 0 )$ $\overrightarrowLP= ( 0; 2; - 3 )$
Откуда получаем:
$\overrightarrowBM \cdot \overrightarrowKP = ( \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ; $\frac{9}{2}$ ; 3 ) \cdot ( \frac{ - 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ; $\frac{5}{2}$ ; 0 ) = - $\frac{45}{4}$ + $\frac{45}{4}$ + 0=0$
$\overrightarrowBM \cdot \overrightarrowLP= ( \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ; $\frac{9}{2}$ ; 3 ) \cdot ( 0; 2; - 3 ) =0 + 9 - 9=0$
Так как $\overrightarrowBM \perp \overrightarrowKP$ и $\overrightarrowBM \perp \overrightarrowLP$ получаем, что $BM \perp ( KLP )$
б) Далее заметим, что плоскость сечения перпендикулярна вектору $\overrightarrowBM$ найдем уравнение плоскости и вычислим расстояние от точки до плоскости.
Найдём свободный член D в уравнении плоскости $\frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} x + $\frac{9}{2}$ y + 3z + D=0$ подставив координаты точки К:
$\frac{5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} \cdot \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} + $\frac{9}{2}$ \cdot $\frac{5}{2}$ + 3 \cdot 0 + D=0 = сильно$ $\frac{45}{4} + $\frac{45}{4}$ + D= $\frac{90}{4}$ + D = $\frac{45}{2}$ + D$ поэтому $D= - \frac{45}{2}$
Упростив уравнение плоскости, получим: $\sqrt{аргумента: 3} аргумента x + 3y + 2z - 15=0$
Тогда для искомого расстояния получаем:
$d ( C; ( KLP ) ) = \frac{|Ax_0 + By_0 + Cz_0 + D|}{$\sqrt{аргумента: A ^2 + B ^2 + C ^2}$ аргумента} =$ $\frac{| $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента \cdot 0 + 3 \cdot 6 + 2 \cdot 0 - 15|}{$\sqrt{аргумента: 3 + 9 + 4}$ аргумента} = \frac{3}{4}$
Приведем другое решение.
[рис.]
а) Четырёхугольник RLPK — искомое сечение. Проведём плоскость B'MTB. Имеем:
$B'M \cap RL = F'$ $BT \cap KP = F$ $( B'MT ) \cap гамма = F'F$
Рассмотрим прямоугольник BB'MT. Заметим, что LR — средняя линия треугольника A'B'C', тогда F' — середина B'M, тогда
$F'M= $\frac{1}{2}$ B'M= $\frac{1}{2}$ \cdot 6 \cdot \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} = \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2}$
$\frac{FT}{BT} = \frac{KA}{BA}$ (ΔBKF ~ ΔBAT):
$\frac{FT}{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента} = $\frac{1}{6}$ = сильно FT= \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2}$
Пусть теперь $FH || MT,H принадлежит B'M$ Тогда $F'H=F'M - FT= $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента$
$BM= \sqrt{аргумента: 3 ^2 + ( 3 $\sqrt{начало аргумента: 3}$ аргумента ) ^2}аргумента = $\sqrt{аргумента: 9 + 27}$ аргумента =6$ $F'F= $\sqrt{аргумента: F'H ^2 + HF ^2}$ аргумента = \sqrt{аргумента: ( $\sqrt{начало аргумента: 3}$ аргумента ) ^2 + 3 ^2}аргумента = $\sqrt{аргумента: 3 + 9}$ аргумента = 2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента$
На продолжении TB за точку B отметим точку F'', такую, что $F''B=F'M= \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2}$ Тогда $F''F' || BM$ и $F''F'= 6$
Далее,
$F''F= \frac{3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} + ( 3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента - \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} ) = 4 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента$
$6 ^2 + ( 2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента ) ^2 = ( 4 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента ) ^2 = сильно ( F''F' ) ^2 + ( F'F ) ^2 = ( F''F ) ^2$
По обратной теореме Пифагора, треугольник FF'F'' прямоугольный $( F''F' \perp F'F )$ следовательно, $BM \perp FF'$
б) Заметим, что поскольку $( AC ) || гамма$ то $d ( C, гамма ) =d ( T, гамма )$ Пусть основанием перпендикуляра опущенного из T на γ будет являться точка S. Тогда TS || BM || F''F'. Таким образом, треугольники FTS и FF''F' будут подобны. Следовательно, $\frac{TS}{F''F'} = \frac{FT}{FF''}$ откуда $TS= \frac{\dfrac $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} \cdot 64 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента = \frac{3}{4}$
Ответ: б) $\frac{3}{4}$
Еще один подход к решению задачи, не использующий метод координат, укажем на примере задачи 514653.
Правильный ответ:
б) $дробь: числитель: 3, знаменатель: 4 конец дроби$
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 71442 • Задание №19
а) Можно ли вычеркнуть несколько цифр из числа 123456789 так, чтобы получилось число, кратное 72?
б) Можно л...
ID 71091 • Задание №18
Найдите все значения a, при каждом из которых уравнение
$|x в квадрате минус a в квадрате |=|x плюс a| корень...
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...