Тип 14 № 500367 

Стереометрическая задача. Угол между плоскостями
i
В правильной четырёхугольной призме ABCDA1B1C1D1 стороны основания равны 2, а боковые ребра равны 3. На ребре AA1 отмечена точка E так, что AE : EA1 = 2 : 1.
а) Докажите, что точки A и C1 равноудалены от плоскости BED1.
б) Найдите угол между плоскостями ABC и BED1.
Решение. 
а) Четырехугольник A1BCD1 — параллелограмм, все углы которого прямые, то есть прямоугольник, поэтому прямая A1C пересекает плоскость BED1 в точке O, середине отрезка BD1. Пусть точки P и L — проекции точек A1 и C соответственно на плоскость BED1. Следовательно, треугольники PA1O и LCO равны по гипотенузе и острому углу, значит, 
б) Продлим прямую D1E за точку E и прямую DA за точку A до пересечения в точке K. Плоскости ABC и BED1 пересекаются по прямой KB.
Из точки E опустим перпендикуляр EH на прямую KB, тогда прямая AH — проекция прямой EH — перпендикулярна прямой KB по теореме о трех перпендикулярах. Угол EHA является линейным углом двугранного угла, образованного плоскостями ABC и BED1.
Из условия известно, что
тогда получаем:
Треугольники A1D1E и AKE подобны по трем углам, следовательно,
Длина высоты, проведенной из вершины прямого угла, равна произведению длин катетов, деленному на длину гипотенузы. Таким образом, из прямоугольного треугольника AKB с прямым углом A получаем:
Из прямоугольного треугольника AHE с прямым углом A по определению тангенса находим:

откуда 
Ответ: б) 
Примечание.
Ответ может быть дан в другой форме:
или 
Приведем векторное решение пункта б) Дмитрия Кузьмина (Москва).

Введем систему координат с началом в точке B, оси направим вдоль ребер параллелепипеда так, как показано на рисунке. В этой системе координат:
Нормалью к плоскости ABC является вектор
Плоскость BED1 проходит через начало координат, а потому ее уравнение имеет вид
Имеем:

Удобно взять
тогда
и
а нормаль к плоскости 
Найдем угол между нормалями:



Таким образом, угол между плоскостями ABC и BED1 равен 
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 |
Ответ: б) 