Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 14 № 659589
i

В пря­мо­уголь­ном па­рал­ле­ле­пи­пе­де ABCDA1B1C1D1 через точки B1 и D1 про­хо­дят плос­ко­сти α и β, каж­дая из ко­то­рых делит диа­го­наль AC1 на части, от­но­ся­щи­е­ся друг к другу как 1 : 3. Также AB  =  4, BC  =  3 и вы­со­та па­рал­ле­ле­пи­пе­да равна  дробь: чис­ли­тель: 8 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби .

а)  До­ка­жи­те, что плос­ко­сти α и β пер­пен­ди­ку­ляр­ны.

б)  Най­ди­те от­но­ше­ние объ­е­мов ча­стей, на ко­то­рые плос­ко­сти α и β делят па­рал­ле­ле­пи­пед  ABCDA1B1C1D1.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

а)  Пусть диа­го­на­ли AC1 и A1C пе­ре­се­ка­ют­ся в точке O. От­ме­тим точку R  — се­ре­ди­ну ребра CC1 и точку X  — точку пе­ре­се­че­ния от­рез­ков A1C1 и B1D1. Тогда от­ре­зок XR  — сред­няя линия в тре­уголь­ни­ке A1C1, по­это­му сред­няя линия XR делит от­ре­зок OC1 (то есть диа­го­наль AC1) в от­но­ше­нии 1 : 3. Пусть N  — точка их пе­ре­се­че­ния, она при­над­ле­жит плос­ко­сти B1RD1, яв­ля­ю­щей­ся се­че­ни­ем пря­мо­уголь­но­го па­рал­ле­ле­пи­пе­да. От­ме­тим точку M  — се­ре­ди­ну от­рез­ка AO. Про­длим пря­мую XM до пе­ре­се­че­ния с реб­ром AA1, пусть в точке Q. Со­еди­ним точки Q и D1, пусть пря­мая QD1 пе­ре­се­ка­ет пря­мую AD в точке S. Со­еди­ним точки Q и B1, пусть пря­мая QB1 пе­ре­се­ка­ет пря­мую AB в точке T. Таким об­ра­зом, че­ты­рех­уголь­ник STB1D1  — се­че­ние пря­мо­уголь­но­го па­рал­ле­ле­пи­пе­да. Про­ве­дем в плос­ко­сти ос­но­ва­ния пря­мую A1F, пер­пен­ди­ку­ляр­ную пря­мой B1D1, и пря­мую C1E, пер­пен­ди­ку­ляр­ную пря­мой B1D1. За­ме­тим, что

 A_1F умно­жить на B_1D_1 = A_1D_1 умно­жить на A_1B_1 рав­но­силь­но A_1F = дробь: чис­ли­тель: 3 умно­жить на 4, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби рав­но­силь­но A_1F = дробь: чис­ли­тель: 12, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби .

Ана­ло­гич­но C_1E = дробь: чис­ли­тель: 12, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби . Тогда

 тан­генс \angle REC_1 = дробь: чис­ли­тель: C_1R, зна­ме­на­тель: C_1E конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 4 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби : дробь: чис­ли­тель: 12, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби .

По­это­му угол REC1 равен 30°. Тре­уголь­ни­ки APM и C1XM по­доб­ны, а, зна­чит,

 дробь: чис­ли­тель: AP, зна­ме­на­тель: C_1X конец дроби = дробь: чис­ли­тель: AM, зна­ме­на­тель: MC_1 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби .

Тре­уголь­ни­ки QAP и QA1X также по­доб­ны, а по­то­му 3AQ = A_1Q, от­ку­да A_1Q = дробь: чис­ли­тель: 12 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби . Тогда

 тан­генс \angle QFA_1 = дробь: чис­ли­тель: A_1Q, зна­ме­на­тель: A_1F конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 12 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби : дробь: чис­ли­тель: 12, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби = ко­рень из 3 .

Сле­до­ва­тель­но, угол QFA1 равен 60°. Таким об­ра­зом, пря­мые QF и RE пер­пен­ди­ку­ляр­ны. По тео­ре­ме о трех пер­пен­ди­ку­ля­рах пря­мая RE пер­пен­ди­ку­ляр­на пря­мой B1D1. Зна­чит, пря­мая RE пер­пен­ди­ку­ляр­на плос­ко­сти STB1. Плос­кость B1RD1 про­хо­дит через пря­мую, пер­пен­ди­ку­ляр­ную плос­ко­сти STB1, по­это­му плос­ко­сти B1RD1 и STB1 пер­пен­ди­ку­ляр­ны. Что и тре­бо­ва­лось до­ка­зать.

б)  На­хо­дим объем пи­ра­ми­ды B1RD1C1:

V_1 = V_B_1RD_1C_1 = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби C_1R умно­жить на S_B_1C_1D_1 = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 4 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на 3 умно­жить на 4 = дробь: чис­ли­тель: 8 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби ,

сле­до­ва­тель­но,

V_2 = V_ATB_1D_1A_1 = V_QB_1D_1A_1 минус V_QTSA = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 12 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на 3 умно­жить на 4 минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 4 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 9 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на 3 умно­жить на 4 = дробь: чис­ли­тель: 208 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 45 конец дроби .

Объем па­рал­ле­ле­пи­пе­да равен  дробь: чис­ли­тель: 96 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби . Тогда объем остав­шей­ся части

V_3 = дробь: чис­ли­тель: 96 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 208 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 45 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 8 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 584 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 45 конец дроби .

Таким об­ра­зом, от­но­ше­ния ча­стей, на ко­то­рые плос­ко­сти α и β делят па­рал­ле­ле­пи­пед ABCDA1B1C1D1 есть:

V_1 : V_2 : V_3 = дробь: чис­ли­тель: 8 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 5 конец дроби : дробь: чис­ли­тель: 208 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 45 конец дроби : дробь: чис­ли­тель: 584 ко­рень из 3 , зна­ме­на­тель: 45 конец дроби = 9 : 26 : 73.

Ответ: 9 : 26 : 73.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нияБаллы
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 выше0
Мак­си­маль­ный балл3
Источник: А. Ларин. Тре­ни­ро­воч­ный ва­ри­ант № 466
Методы геометрии: Тео­ре­ма о трёх пер­пен­ди­ку­ля­рах
Классификатор стереометрии: Пер­пен­ди­ку­ляр­ность пря­мой и плос­ко­сти, Пря­мо­уголь­ный па­рал­ле­ле­пи­пед, Объем тела