Задания
Версия для печати и копирования в MS Word

В пра­виль­ной вось­ми­уголь­ной приз­ме ABCDEFGHA1B1C1D1E1F1G1H1 сто­ро­на ос­но­ва­ния AB равна 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та , а бо­ко­вое ребро AA1 равно 6. Ha pe6pe CC1 от­ме­че­на точка M так, что CM : MC_1 = 1 : 2. Плос­кость  альфа па­рал­лель­на пря­мой H1E1 и про­хо­дит через точки M и A.

а)  До­ка­жи­те, что се­че­ние дан­ной приз­мы плос­ко­стью α   — рав­но­бед­рен­ная тра­пе­ция.

б)  Най­ди­те объем пи­ра­ми­ды, вер­ши­ной ко­то­рой яв­ля­ет­ся точка F1, а ос­но­ва­ни­ем  — се­че­ние дан­ной приз­мы плос­ко­стью α.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

а)  За­ме­тим, что пря­мые EH и E1H1 па­рал­лель­ны, сле­до­ва­тель­но, плос­кость α пе­ре­се­ка­ет ниж­нее ос­но­ва­ние тра­пе­ции по пря­мой, па­рал­лель­ной EH и со­дер­жа­щей точку A. Такой пря­мой яв­ля­ет­ся пря­мая, cодер­жа­щая диа­го­наль AD ос­но­ва­ния, то есть AD  — сто­ро­на се­че­ния. Вто­рая сто­ро­на се­че­ния  — это от­ре­зок DM. Плос­ко­сти ABC и BCC1 пе­ре­се­ка­ют­ся по пря­мой CB, па­рал­лель­ной AD, сле­до­ва­тель­но, плос­кость α пе­ре­се­ка­ет плос­кость BCC1 по пря­мой, па­рал­лель­ной ребру дву­гран­но­го угла DBCM, то есть па­рал­лель­ной BC. На­зо­вем эту пря­мую MN, где N лежит на ребре BB1.

Таким об­ра­зом, пря­мые AD, BC и MN па­рал­лель­ны между собой. Кроме того, MN=BC не равно AD, сле­до­ва­тель­но, ADMN  — тра­пе­ция. Легко за­ме­тить, что тре­уголь­ни­ки ABN и DCM равны и, сле­до­ва­тель­но, AN=DM.

б)  По­стро­им се­че­ние приз­мы, про­хо­дя­щее через точки P, Q, R и S  — се­ре­ди­ны ребер BC, B1C1, F1G1 и FG со­от­вет­ствен­но. Оче­вид­но, что ука­зан­ное се­че­ние про­хо­дит также через точки K и L  — се­ре­ди­ны AD и MN, а также пер­пен­ди­ку­ляр­но этим от­рез­кам.

За­ме­тим, что пря­мые F1G1, E1H1 и плос­кость α па­рал­лель­ны между собой, сле­до­ва­тель­но, рас­сто­я­ния до плос­ко­сти α от всех точек этой пря­мой равны. Из точки R на пря­мую KL опу­стим пер­пен­ди­ку­ляр RO, за­ме­тим, что пря­мые RO и AD вза­им­но пер­пен­ди­ку­ляр­ны, сле­до­ва­тель­но, пря­мая RO пер­пен­ди­ку­ляр­на плос­ко­сти α.

Рас­сто­я­ние от точки F до плос­ко­сти равно длине RO. Пусть T  — точка пе­ре­се­че­ния RO и PS. Зна­чит,

LP=MC= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби CC_1=2,

от­ку­да

KP=3, KL= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та , MN=BC=3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та , AD=3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та плюс 6.

Те­перь можно найти пло­щадь тра­пе­ции ADMN: S_ADMN=3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та левая круг­лая скоб­ка ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка .

За­ме­тим, что тре­уголь­ни­ки LPK, KTO и RTS по­доб­ны. Сле­до­ва­тель­но,

 дробь: чис­ли­тель: ST, зна­ме­на­тель: RS конец дроби = дробь: чис­ли­тель: LP, зна­ме­на­тель: PK конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ,

от­ку­да

ST=4, SP=AD=3 ко­рень из 2 плюс 6, TK=3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та минус 1, RT=2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та ,

тогда

 дробь: чис­ли­тель: TO, зна­ме­на­тель: LP конец дроби = дробь: чис­ли­тель: TK, зна­ме­на­тель: KL конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та минус 1, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та конец дроби \Rightarrow TO= дробь: чис­ли­тель: 2 левая круг­лая скоб­ка 3 ко­рень из 2 минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та конец дроби .

Итак,

RO=RT плюс TD= дробь: чис­ли­тель: 6 левая круг­лая скоб­ка ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та плюс 4 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 13 конец ар­гу­мен­та конец дроби ,

а зна­чит, объем пи­ра­ми­ды F1ADMN равен

V_F_1ADMN= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби RO умно­жить на S_ADMN=6 левая круг­лая скоб­ка 5 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та плюс 6 пра­вая круг­лая скоб­ка .

Ответ: б) 6 левая круг­лая скоб­ка 5 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та плюс 6 пра­вая круг­лая скоб­ка .

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нияБаллы
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 выше0
Мак­си­маль­ный балл3
Источник: Из­бран­ные за­да­ния по ма­те­ма­ти­ке из по­след­них сбор­ни­ков ФИПИ
Методы геометрии: Метод пло­ща­дей, Тео­ре­ма о трёх пер­пен­ди­ку­ля­рах
Классификатор стереометрии: Де­ле­ние от­рез­ка, Объем тела, Пра­виль­ная вось­ми­уголь­ная приз­ма, Се­че­ние  — тра­пе­ция, Се­че­ние, па­рал­лель­ное или пер­пен­ди­ку­ляр­ное пря­мой