Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип Д10 C2 № 505871
i

Сфера с цен­тром в точке O впи­са­на в пря­мо­уголь­ный па­рал­ле­ле­пи­пед ABCDA_1B_1C_1D_1. Най­ди­те угол между пря­мы­ми B_1O и BK, где K  — се­ре­ди­на DC.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Ре­ше­ние:

1)  Ко­ор­ди­нат­но-век­тор­ным ме­то­дом.

Если в пря­мо­уголь­ный па­рал­ле­ле­пи­пед впи­са­на сфера, то он куб.

Пусть ис­ко­мый угол будет \varphi. Он равен углу между пря­мы­ми B_1D и BK.

Вве­дем де­кар­то­вую си­сте­му ко­ор­ди­нат, сто­ро­ну куба при этом при­мем за 2. За на­ча­ло ко­ор­ди­нат при­мем вер­ши­ну B левая круг­лая скоб­ка 0;0;0 пра­вая круг­лая скоб­ка , ось x на­пра­вим по BA, ось y – по BC, ось z  — по BB_1.

Вы­пи­шем ко­ор­ди­на­ты нуж­ных точек: К левая круг­лая скоб­ка 1;2;0 пра­вая круг­лая скоб­ка , D левая круг­лая скоб­ка 2;2;0 пра­вая круг­лая скоб­ка , B_1 левая круг­лая скоб­ка 0;0;2 пра­вая круг­лая скоб­ка . Най­дем ко­ор­ди­на­ты век­то­ров \overset\to \mathopB_1D и \overset\to \mathopBK: \overset\to \mathopB_1D левая фи­гур­ная скоб­ка 2;2; минус 2 пра­вая фи­гур­ная скоб­ка ., \overset\to \mathopBK левая фи­гур­ная скоб­ка 1;2; 0 пра­вая фи­гур­ная скоб­ка ..

 ко­си­нус \varphi = дробь: чис­ли­тель: \left| \overrightarrowB_1D умно­жить на \overrightarrowBK |, зна­ме­на­тель: \left| \overrightarrowBD | умно­жить на \left| \overrightarrowBK | конец дроби = дробь: чис­ли­тель: \left| 2 умно­жить на 1 плюс 2 умно­жить на 2 минус 2 умно­жить на 0 |, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 4 плюс 4 плюс 4 конец ар­гу­мен­та умно­жить на ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 1 плюс 4 плюс 0 конец ар­гу­мен­та конец дроби =
= дробь: чис­ли­тель: 6, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 12 конец ар­гу­мен­та умно­жить на ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 6, зна­ме­на­тель: 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 15 конец ар­гу­мен­та конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 15 конец ар­гу­мен­та конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 3 умно­жить на ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 15 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 15 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 15 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби .

 

 

2)  Эле­мен­тар­но-гео­мет­ри­че­ским ме­то­дом.

Пусть, по-преж­не­му, сто­ро­на куба равна 2, \varphi  — ис­ко­мый угол.

Рас­смот­рим па­рал­лель­ный пе­ре­нос от­рез­ка BK на от­ре­зок ED. При этом E при­над­ле­жит AB, AE=BE. Тогда \angle B_1DE  — ис­ко­мый.

Оче­вид­но, что \Delta B_1ED  — рав­но­бед­рен­ный: B_1E=DE. В таком слу­чае OE  — ме­ди­а­на и вы­со­та этого тре­уголь­ни­ка. В пря­мо­уголь­ном тре­уголь­ни­ке DAE DE= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: AD конец ар­гу­мен­та в квад­ра­те плюс AE в квад­ра­те = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 4 плюс 1 конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та .

По свой­ству диа­го­на­ли пря­мо­уголь­но­го па­рал­ле­ле­пи­пе­да будем иметь:

B_1D= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 4 плюс 4 плюс 4 конец ар­гу­мен­та =2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , OD= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та .  ко­си­нус \varphi = дробь: чис­ли­тель: OD, зна­ме­на­тель: DE конец дроби = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та конец дроби = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 15 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби , \varphi = арк­ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 15 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби .

 

Ответ:  арк­ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 15 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби .

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нияБаллы
Обос­но­ван­но по­лу­чен вер­ный ответ.2
Ре­ше­ние со­дер­жит обос­но­ван­ный пе­ре­ход к пла­ни­мет­ри­че­ской за­да­че, но по­лу­чен не­вер­ный ответ или ре­ше­ние не за­кон­че­но

ИЛИ

при пра­виль­ном от­ве­те ре­ше­ние не­до­ста­точ­но обос­но­ва­но.

1
Ре­ше­ние не со­от­вет­ству­ет ни од­но­му из кри­те­ри­ев, пе­ре­чис­лен­ных выше.0
Источник: А. Ларин: Тре­ни­ро­воч­ный ва­ри­ант № 5
Методы геометрии: Ис­поль­зо­ва­ние век­то­ров, Метод ко­ор­ди­нат
Классификатор стереометрии: Впи­сан­ный шар, Пря­мо­уголь­ный па­рал­ле­ле­пи­пед, Угол между пря­мы­ми, Шар