В правильном тетраэдре ABCD все ребра равны 10. На ребрах AB и AD отмечены точки M и K соответственно так, что AM = AK = 6.
а) Докажите, что плоскость CMK делит тетраэдр ABCD на два многогранника, объёмы которых относятся как 16 : 9.
б) Найдите \cos угла между плоскостью CBD и плоскостью CMK.
а) Докажите, что плоскость CMK делит тетраэдр ABCD на два многогранника, объёмы которых относятся как 16 : 9.
б) Найдите \cos угла между плоскостью CBD и плоскостью CMK.
💡 Пошаговый разбор и решение:
[рис.] а) Пусть длина высоты CO тетраэдра ABCD равна h. Объем этого тетраэдра равен
$V_ABCD = $\frac{1}{3}$ h \cdot S_ABD = $\frac{1}{3}$ h \cdot \frac{AB ^2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{4} = \frac{100h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{12} = \frac{25h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{3}$
Треугольник AMK — = бедренный с углом 60°, то есть = сторонний. Следовательно, объем пирамиды CMKA равен
$V_CMKA = $\frac{1}{3}$ h \cdot S_AMK = $\frac{1}{3}$ h \cdot \frac{AM ^2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{4} = \frac{36h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{12} = 3h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента$
Таким образом, объем многогранника CMKDB и искомое отношение соответственно равны
$V_CMKDB = V_ABCD - V_CMKA = \frac{25h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{3} - 3h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента = \frac{16h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{3}$
$\frac{V_CMKDB}{V_CMKA} = \frac{16h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{3} : 3h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента = \frac{16h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{9h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента} = \frac{16}{9}$
б) Пусть точка A1 — середина отрезка MK, а точка A2 — середина отрезка BD. Треугольники AMK и ABD — = бедренные, прямые MK и BD параллельны по теореме, обратной теореме Фалеса, поэтому точки A, A1, A2 лежат на одной прямой, причем эта прямая перпендикулярна и прямой MK, и прямой BD. Проведем через точку C прямую l, параллельную прямой BD, по этой прямой пересекаются плоскости CMK и CBD. Отрезки CA1 и CA2 являются медианами, проведенными к основаниям = бедренных треугольников, а потому и их высотами. Следовательно, прямая l соответственно перпендикулярна прямым CA1 и CA2, а потому \cos угла A1CA2 — искомый.
Прямоугольные треугольники MAA1 и BAA2 подобны по двум углам, а потому $\frac{AA_1}{AA_2} = \frac{AM}{AB}$ откуда
$AA_1 = $\frac{AM}{AB}$ \cdot AA_2 = $\frac{AM}{AB}$ \cdot \frac{AB $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} = \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} AM = 3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента$
$A_1A_2 = AA_2 - AA_1 = \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} AB - 3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента = 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента - 3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента = 2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента$
Тетраэдр ABCD — правильный, поэтому его грани являются равными треугольниками, то есть $CA_2 = AA_2 = 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента$ По теореме \cos ов для треугольника CAA2 получаем:
$\cos \angle AA_2C = $\frac{AA_2 ^2 + CA_2 ^2 - AC ^2}{2AA_2 \cdot CA_2}$ = \frac{75 + 75 - 100}{2 \cdot 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента \cdot 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента} = $\frac{50}{150}$ = \frac{1}{3}$
Аналогично для треугольника CA1A2 находим:
$CA_1 = $\sqrt{аргумента: A_1A_2 ^2 + CA_2 ^2 - 2A_1A_2 \cdot CA_2 \cdot \cos \angle AA_2C}$ аргумента =$
$= \sqrt{аргумента: 12 + 75 - 2 \cdot 2 $\sqrt{начало аргумента: 3}$ аргумента \cdot 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента \cdot $\frac{1}{3}$}аргумента = $\sqrt{аргумента: 87 - 20}$ аргумента = $\sqrt{аргумента: 67}$ аргумента$ $CA_1 = $\sqrt{аргумента: A_1A_2 ^2 + CA_2 ^2 - 2A_1A_2 \cdot CA_2 \cdot \cos \angle AA_2C}$ аргумента =$
$= \sqrt{аргумента: 12 + 75 - 2 \cdot 2 $\sqrt{начало аргумента: 3}$ аргумента \cdot 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента \cdot $\frac{1}{3}$}аргумента =$
$= $\sqrt{аргумента: 87 - 20}$ аргумента = $\sqrt{аргумента: 67}$ аргумента$
Для этого же треугольника по теореме \cos ов окончательно вычислим:
$\cos \angle A_1CA_2 = $\frac{CA_1 ^2 + CA_2 ^2 - A_1A_2 ^2}{2CA_1 \cdot CA_2}$ = \frac{67 + 75 - 12}{2 \cdot $\sqrt{аргумента: 67}$ аргумента \cdot 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента} = \frac{130}{10 $\sqrt{аргумента: 201}$ аргумента} = \frac{13 $\sqrt{аргумента: 201}$ аргумента}{201}$ $\cos \angle A_1CA_2 = $\frac{CA_1 ^2 + CA_2 ^2 - A_1A_2 ^2}{2CA_1 \cdot CA_2}$ =$
$= \frac{67 + 75 - 12}{2 \cdot $\sqrt{аргумента: 67}$ аргумента \cdot 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента} = \frac{130}{10 $\sqrt{аргумента: 201}$ аргумента} = \frac{13 $\sqrt{аргумента: 201}$ аргумента}{201}$
Ответ: б) $\frac{13 $\sqrt{аргумента: 201}$ аргумента}{201}$
$V_ABCD = $\frac{1}{3}$ h \cdot S_ABD = $\frac{1}{3}$ h \cdot \frac{AB ^2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{4} = \frac{100h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{12} = \frac{25h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{3}$
Треугольник AMK — = бедренный с углом 60°, то есть = сторонний. Следовательно, объем пирамиды CMKA равен
$V_CMKA = $\frac{1}{3}$ h \cdot S_AMK = $\frac{1}{3}$ h \cdot \frac{AM ^2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{4} = \frac{36h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{12} = 3h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента$
Таким образом, объем многогранника CMKDB и искомое отношение соответственно равны
$V_CMKDB = V_ABCD - V_CMKA = \frac{25h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{3} - 3h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента = \frac{16h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{3}$
$\frac{V_CMKDB}{V_CMKA} = \frac{16h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{3} : 3h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента = \frac{16h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{9h $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента} = \frac{16}{9}$
б) Пусть точка A1 — середина отрезка MK, а точка A2 — середина отрезка BD. Треугольники AMK и ABD — = бедренные, прямые MK и BD параллельны по теореме, обратной теореме Фалеса, поэтому точки A, A1, A2 лежат на одной прямой, причем эта прямая перпендикулярна и прямой MK, и прямой BD. Проведем через точку C прямую l, параллельную прямой BD, по этой прямой пересекаются плоскости CMK и CBD. Отрезки CA1 и CA2 являются медианами, проведенными к основаниям = бедренных треугольников, а потому и их высотами. Следовательно, прямая l соответственно перпендикулярна прямым CA1 и CA2, а потому \cos угла A1CA2 — искомый.
Прямоугольные треугольники MAA1 и BAA2 подобны по двум углам, а потому $\frac{AA_1}{AA_2} = \frac{AM}{AB}$ откуда
$AA_1 = $\frac{AM}{AB}$ \cdot AA_2 = $\frac{AM}{AB}$ \cdot \frac{AB $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} = \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} AM = 3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента$
$A_1A_2 = AA_2 - AA_1 = \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2} AB - 3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента = 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента - 3 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента = 2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента$
Тетраэдр ABCD — правильный, поэтому его грани являются равными треугольниками, то есть $CA_2 = AA_2 = 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента$ По теореме \cos ов для треугольника CAA2 получаем:
$\cos \angle AA_2C = $\frac{AA_2 ^2 + CA_2 ^2 - AC ^2}{2AA_2 \cdot CA_2}$ = \frac{75 + 75 - 100}{2 \cdot 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента \cdot 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента} = $\frac{50}{150}$ = \frac{1}{3}$
Аналогично для треугольника CA1A2 находим:
$CA_1 = $\sqrt{аргумента: A_1A_2 ^2 + CA_2 ^2 - 2A_1A_2 \cdot CA_2 \cdot \cos \angle AA_2C}$ аргумента =$
$= \sqrt{аргумента: 12 + 75 - 2 \cdot 2 $\sqrt{начало аргумента: 3}$ аргумента \cdot 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента \cdot $\frac{1}{3}$}аргумента = $\sqrt{аргумента: 87 - 20}$ аргумента = $\sqrt{аргумента: 67}$ аргумента$ $CA_1 = $\sqrt{аргумента: A_1A_2 ^2 + CA_2 ^2 - 2A_1A_2 \cdot CA_2 \cdot \cos \angle AA_2C}$ аргумента =$
$= \sqrt{аргумента: 12 + 75 - 2 \cdot 2 $\sqrt{начало аргумента: 3}$ аргумента \cdot 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента \cdot $\frac{1}{3}$}аргумента =$
$= $\sqrt{аргумента: 87 - 20}$ аргумента = $\sqrt{аргумента: 67}$ аргумента$
Для этого же треугольника по теореме \cos ов окончательно вычислим:
$\cos \angle A_1CA_2 = $\frac{CA_1 ^2 + CA_2 ^2 - A_1A_2 ^2}{2CA_1 \cdot CA_2}$ = \frac{67 + 75 - 12}{2 \cdot $\sqrt{аргумента: 67}$ аргумента \cdot 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента} = \frac{130}{10 $\sqrt{аргумента: 201}$ аргумента} = \frac{13 $\sqrt{аргумента: 201}$ аргумента}{201}$ $\cos \angle A_1CA_2 = $\frac{CA_1 ^2 + CA_2 ^2 - A_1A_2 ^2}{2CA_1 \cdot CA_2}$ =$
$= \frac{67 + 75 - 12}{2 \cdot $\sqrt{аргумента: 67}$ аргумента \cdot 5 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента} = \frac{130}{10 $\sqrt{аргумента: 201}$ аргумента} = \frac{13 $\sqrt{аргумента: 201}$ аргумента}{201}$
Ответ: б) $\frac{13 $\sqrt{аргумента: 201}$ аргумента}{201}$
Правильный ответ:
б) $дробь: числитель: 13 корень из: начало аргумента: 201 конец аргумента , знаменатель: 201 конец дроби$
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 65957 • Задание №8
[рис.] На рисунке изображён график некоторой функции $y=f левая круглая скобка x правая круглая скобка$ (два л...
ID 71281 • Задание №18
Найдите все значения параметра a, при каждом из которых наименьшее значение функции $f левая круглая скобка x ...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
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 выше | 0
Максимальный балл | 3
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
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 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...