Matematika_EGE_2010_Zadania_tipa_S1-S5_Metod
.pdfТак |
как |
AD1 |
|
n |
=1 2 +0 (−4) +1 3 = 5 , |
||||
|
|
= |
2 , то sin ϕ = |
5 |
. |
||||
|
AD |
||||||||
|
|
||||||||
|
1 |
|
|
58 |
|
||||
|
|
|
|
|
Рис. 11
Ответ: arcsin 5 . 58
Пример 13. Найдите угол между плоскостями
2x +3y +6z −5 = 0 и 4x + 4 y + 2z −7 = 0 .
Решение. Рассмотрим векторы n = (2;3; 6) и m = (4; 4; 2) , перпендикулярные к данным плос-
костям. |
|
|
|
Искомый угол найдем по формуле |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cosϕ = |
n |
m |
. |
||||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
n |
m |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Так как n m = 2 4 +3 4 + 6 2 = 32 ,
n = 4 +9 +36 = 7 , m = 16 +16 + 4 = 6 , то cosϕ = 1621 , откуда arccosϕ = 1621 .
Ответ: arccos 1621 .
Пример 14. В единичном кубе ABCDA1 B1C1 D1 найдите угол между плоскостями AD1 E и
D1 FC , где точки Е и F – середины ребер А1 В1 и В1С1 соответственно.
Решение. Введем прямоугольную систему координат, как указано на рисунке 12. Тогда
А(0; 0; 0) , С(1;1; 0) , D1 (1; 0;1) , |
|
1 |
|
|
Е 0; |
|
;1 , |
||
2 |
||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
||
АD1 = (1; 0;1), |
|
||||||||
F |
|
;1;1 , |
AE = 0; |
|
;1 , |
||||
2 |
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||
СD1 |
= (0; −1;1), СF = |
− |
|
; 0;1 . |
|||
2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
Найдем вектор n = (x; y; z) , перпендикулярный плоскости AD1 E . Этот вектор должен быть перпендикулярным векторам AE и АD1 и поэтому
|
|
|
|
|
= 0 |
y |
+ z = 0 |
y = −2z |
||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
n AE |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
= 0 |
2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||||
n AD |
|
|
|
x = −z. |
||||||||
|
1 |
|
+ z = 0 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
||
Пусть z = −1, тогда x =1, |
y = 2 и |
|
= (1; 2; −1) . |
|||||||||
n |
Найдем вектор m = (x; y; z) , перпендикулярный плоскости D1 FC . Этот вектор должен быть
перпендикулярным векторам СD1 и СF и поэтому
|
|
|
|
|
|
− y + z = 0 |
|
|
||||
m CD |
= 0 |
y = z |
||||||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
− |
x |
+ z = 0 |
|
x = 2z. |
|
|
|
|
|
|
= 0 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||||||
m CF |
|
2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пусть z =1, тогда x = 2 , y =1 и m = (2;1;1) .
Для нахождения искомого угла ϕ используем
n m
n m . Так как
n m =1 2 + 2 1 + (−1) 1 = 3 , n = 6 , m = 6 ,
то cosϕ = 12 , откуда ϕ = 60D .
Рис. 12
Ответ: 60D .
17
11. Векторный метод
Пример 15. В единичном кубе |
ABCDA1 B1C1 D1 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
на диагоналях граней AD1 |
и D1 B1 |
взяты точки Е |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
и F так, что D E = |
1 |
|
AD , |
D F = |
2 |
|
D B . Найди- |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
3 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
3 |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
те длину отрезка EF. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Решение. Пусть |
|
|
|
= |
|
, |
|
|
= |
|
|
|
, |
|
|
|
|
= |
|
|
|
(рис. |
|||||||||||||||||
AD |
a |
AB |
b |
AA1 |
c |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
= |
|
|
|
|
= |
|
=1, |
|
|
|
|
= |
|
|
|
= |
|
|
|
= 0 . |
|||||||||||||||||
1), тогда |
a |
b |
|
|
|
|
c |
|
a |
b |
a |
c |
b |
c |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выразим вектор FE через базисные векторы a ,
b , c :
FE = EA + AB1 + B1 F = − 23 (a + c)+ (b +c)+ 13 (a −b)= = −13 a + 23 b + 13 c . Тогда
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
1 |
|
4 |
|
1 |
|
||
|
FE |
= |
|
FE |
|
|
|
= |
|
− |
|
a + |
|
b + |
|
c |
= |
|
+ |
|
+ |
|
= |
||||||||
|
|
|
|
|
3 |
3 |
3 |
9 |
9 |
9 |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
= |
6 |
|
= |
6 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ответ: |
|
6 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 16. В единичном кубе ABCDA1 B1C1 D1 найдите расстояние от точки D1 до прямой РQ, где Р и Q – середины соответственно ребер
A1 B1 и ВС.
Решение. Пусть AD = a , AB = b , AA1 = c (рис. 1), тогда a = b = c =1, a b = a c = b c = 0 .
Выразим вектор PQ через базисные векторы a ,
b , c :
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
= |
|
1 |
|
|
|
|
|
− |
|
|
+ |
|
1 |
|
|
|
= |
|
1 |
|
|
|
+ |
1 |
|
|
|
− |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
PQ |
PB |
B B |
BQ |
b |
c |
a |
a |
b |
c |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= − |
|
|
|
|
+ |
|
|
|
. |
|
|
|
|
Пусть |
D N PQ , |
|
|
|
|
где |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
PD |
b |
a |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
N PQ . |
|
Выразим вектор |
|
|
|
|
D1 N |
, учитывая кол- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
линеарность |
|
|
|
|
|
векторов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
: |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PN |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PQ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
= x |
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
Так |
|
|
|
|
как |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
D1 N |
PN |
PD1 |
|
PQ |
PD1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0 . Отсюда получаем |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
D1 N |
PQ |
|
D1 N |
PQ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(x |
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
) |
|
|
|
= 0 , x |
|
|
2 = |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
PQ |
PD1 |
PQ |
PQ |
PD1 |
PQ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
x |
|
|
|
|
a |
+ |
|
|
|
|
|
b −c |
|
|
|
|
|
= |
− |
|
|
|
|
b + a |
|
|
|
|
|
a + |
|
|
|
|
b −c , |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
х |
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
1 |
|
|
− |
1 |
|
|
|
х = |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
4 |
4 |
|
2 |
|
|
4 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
D1 N = |
PQ |
− PD1 = |
а + |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
b |
−a = |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
6 |
|
|
2 |
2 |
b −c |
2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
= − |
|
11 |
|
|
|
+ |
|
|
|
7 |
|
|
|
− |
|
1 |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
a |
|
|
b |
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
12 |
12 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Длина вектора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
D1 N |
= |
|
|
|
D1 N |
|
= |
|
|
|
− |
a |
+ |
|
b − |
c |
= . |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
12 |
6 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
= |
|
121 |
+ |
|
49 |
|
|
+ |
|
1 |
|
|
= |
|
|
174 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
144 |
|
|
|
144 |
|
|
|
36 |
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 13
Ответ: 12174 .
Пример 17. В единичном кубе ABCDA1 B1C1 D1 найдите расстояние от точки А1 до плоскости
BDC1 .
Решение. Пусть AD = a , AB = b , AA1 = c (рис. 14), тогда a = b = c =1, a b = a c = b c = 0 .
Выразим некоторые векторы через базисные векторы a , b , c : DB = b − a , DC1 = b +c , C1 A1 = −a −b . Пусть МА1 BDC1 , где
M BDC1 . Вектор C1M = x DB + y DC1 , поэтому
MA1 = C1 A1 −C1M = C1 A1 −(x DB + y DC1 ).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0 |
|
||||
|
|
|
MA |
DB |
|
|
MA |
DB |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||
Далее имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
DC1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
DC1 = 0 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
MA1 |
|
|
|
|
MA1 |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
DB −(x DB |
+ y DC1 |
DB)= 0 |
|
|||||||||||||||||||||||||||
C1 A1 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
−(x |
|
|
|
+ y |
|
2 )= 0 |
|
||||||||||||||||||||
C1 A1 |
DC1 |
DB |
DC1 |
DC1 |
|
Так как C1 A1 DB = (−a −b)(b −a)= a2 −b2 = 0 , DC1 DB = (b +c)(b −a)= b2 =1,
18
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= ( |
|
+ |
|
|
|
|
)(− |
|
|
|
|
− |
|
)= − |
|
2 = −1 , |
|
|||||||||||
DC1 |
C1 A1 |
b |
c |
a |
b |
b |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
2 = |
( |
|
|
|
− |
|
|
)2 = |
|
|
2 + |
|
|
2 = 2 , |
|
||||||||||||||||||||||
DB |
b |
a |
b |
a |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
2 = ( |
|
+ |
|
)2 = |
|
2 |
+ |
|
2 |
= 2 , то имеем |
||||||||||||||||||||||||||
DC1 |
|
b |
c |
b |
c |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
0 −(x 2 + y 1) = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
2x + y = 0 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
−(x 1 + y 2) = |
0 |
|
|
+ 2 y = −1 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
−1 |
|
|
|
|
|
|
x |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
x = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
y = − |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отсюда получаем
MA1 = −a −b − 13 (b −a)+ 32 (b + c)= − 23 a − 23 b + 32 c
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
4 |
|
4 |
|
4 |
|
2 3 |
|
MA1 |
= |
|
− |
|
a − |
|
b + |
|
c |
= |
|
+ |
|
+ |
|
= |
|
|||||||
3 |
3 |
3 |
9 |
9 |
9 |
3 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.
Ответ: 2 33 .
Рис. 14
Пример 18. В единичном кубе ABCDA1 B1C1 D1 найдите расстояние между прямыми AB1 и BD . Решение. Пусть AD = a , AB = b , AA1 = c (рис. 15), тогда a = b = c =1, a b = a c = b c = 0 .
Если M и N – основания общего перпендикуляра прямых AB1 и BD соответственно, то имеем
AB1 = b +c , DB = b − a ,
MN = MA + AD + DN = x AB1 + a + y DB = = x(b + c)+ a + y(b − a)=
= (1 − y) a +(x + y) b + x c .
Вектор MN перпендикулярен векторам AB1 и
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
DB , поэтому имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
MN |
|
AB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
BD |
= 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
MN |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
((1 − y) a +(x + y) b + x c)(b +c)= 0 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
− y) a |
+(x + y) b |
+ x c)(b −a)= 0 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
((1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ x c |
= 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
(x + y) b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− y) a +(x + y) b = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
−(1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2x + y = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x = − |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x + 2 y −1 = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y = |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Итак, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1 |
|
( |
|
|
|
|
|
|
|
)+ |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
( |
|
|
|
|
|
|
|
)= |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
= − |
|
|
|
+ |
|
|
|
+ |
|
|
− |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
− |
|
|
, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
MN |
b |
c |
a |
b |
a |
a |
|
|
b |
c |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
3 |
|
3 |
|
3 |
|
|
3 |
3 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
3 |
|
|
||||||||||||||||||||
|
MN |
= |
|
|
|
|
|
a + |
|
b − |
|
|
|
|
c |
= |
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
. |
||||||||||||||||||||||||||||
|
3 |
|
3 |
3 |
|
|
9 |
|
|
9 |
9 |
|
|
3 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 15
Ответ: 33 .
Пример 19. В кубе ABCDA1 B1C1 D1 найдите угол между прямыми EF и PQ, где E, F, P, Q – середины ребер DD1 , BC, AA1 и B1C1 соответственно.
19
Решение. Пусть AD = a , AB = b , AA1 = c (рис. 16), где a = b = c =1, a b = a c = b c = 0 . То-
гда EF = ED + DC +CF = − 12 c +b − 12 a ,
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
1 |
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
+ |
1 |
|
|
|
|
|
, откуда на- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
PQ |
PA |
A B |
B Q |
c |
b |
a |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ходим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
PQ EF = |
c +b + |
|
|
|
|
− |
|
c +b − |
|
|
|
|
= |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
a |
2 |
|
2 |
a |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
2 − |
1 |
|
|
|
|
|
2 − |
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
=1 − |
1 |
|
− |
1 |
|
= |
|
1 |
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
c |
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
4 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
PQ |
= |
|
|
|
|
|
|
c +b |
+ |
|
|
|
|
|
a |
= |
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
|
|
|
+b |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
= |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
1 |
|
+ |
1 + |
|
1 |
|
= |
|
|
|
|
3 |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
4 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
EF |
= |
|
− |
|
|
|
c +b − |
|
|
|
|
|
a |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
|
|
+b |
|
+ |
|
|
|
|
a |
|
= |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
2 |
2 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
+ |
1 + |
|
1 |
|
= |
|
|
|
|
3 |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
4 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
cosϕ = |
|
PQ |
EF |
|
|
|
|
= |
1 |
|
: |
|
|
3 |
= |
1 |
, ϕ = arccos |
1 |
|
, где ϕ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PQ |
|
|
|
EF |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- искомый угол.
Рис. 16
Ответ: arccos 13 .
Пример 20. В правильной четырехугольной пирамиде SABCD , все ребра которой равны 1, найдите угол между прямой DE, где E – сере-
дина апофемы SF грани ASB, и плоскостью
ASC.
Решение. Так как прямая ОD перпендикулярна
плоскости ASC, то вектор OD является вектором нормали плоскости ASC.
Пусть |
|
|
AD |
= |
|
a |
, |
|
|
|
|
|
AB |
|
|
|
|
|
= |
|
b |
, |
|
|
|
|
|
|
AS |
= |
|
c |
|
|
|
|
(рис. |
17), где |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
=1, |
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
a |
b |
c |
a |
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 cos 60D = |
1 |
. Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
a |
c |
|
|
b |
c |
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= − |
|
1 |
( |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
)+ |
|
|
|
|
= |
|
|
1 |
|
( |
|
|
|
− |
|
), |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
OD |
OA |
AD |
a |
b |
a |
|
|
a |
b |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
DE = DA + AF + FE = −a + |
b + |
|
|
|
|
− |
|
|
= |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
2 |
|
2 |
|
c |
|
2 |
b |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
= − |
|
|
|
+ |
|
1 |
|
|
+ |
|
1 |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
a |
b |
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 |
2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
DE OD = |
−a + |
|
|
|
|
|
|
|
|
b + |
|
|
|
c |
|
|
|
a − |
|
|
|
|
|
b |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
4 |
|
2 |
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
= − |
1 |
|
|
|
2 − |
1 |
|
|
|
2 + |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
1 |
|
|
|
|
= |
|
1 |
|
− |
1 |
= |
|
3 |
, |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
a |
b |
|
a |
c |
|
b |
c |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
4 |
4 |
|
2 |
|
|
8 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
DE |
= |
|
|
|
−a + |
|
|
|
|
b + |
|
|
|
|
|
c |
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
4 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= a2 +161 b2 + 14 c2 − 2 12 a c + 2 14 12 b c = = 1 +161 + 14 − 12 + 18 = 1615 ,
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
||||
OD |
= |
|
|
|
|
a − |
|
|
|
|
b |
|
|
= |
|
|
|
+ |
|
= |
|
|
|
, |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
4 |
|
|
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
sin ϕ = |
|
DE |
OD |
|
|
|
|
= |
|
3 |
|
4 |
|
|
2 = |
|
3 |
|
, |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
15 |
|
30 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
DE |
OD |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϕ = arcsin |
3 |
, где ϕ - искомый угол. |
|
30 |
|||
|
|
Рис. 17
3 Ответ: arcsin 30 .
20
Пример 21. В кубе ABCDA1 B1C1 D1 найдите угол между плоскостями AB1C и BC1 D .
Решение. Пусть |
AD |
= |
a |
, |
|
|
|
AB |
= |
|
|
|
b |
, |
|
|
|
AA1 |
= |
|
c |
(рис. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 1, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0 . |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
18), где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
a |
|
|
b |
|
|
c |
a |
b |
a |
c |
b |
c |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Векторы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
являются векторами нор- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
BD1 |
CA1 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
мали плоскостей AB1C и BC1 D соответственно, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
так как BD1 AB1C и CA1 |
BC1 D . Тогда |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= − |
|
|
|
|
− |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
BD1 |
a |
b |
c |
CA1 |
a |
b |
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= ( |
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
+ |
|
|
)(− |
|
|
|
− |
|
+ |
|
|
|
|
)= − |
|
2 + |
|
2 + |
|
|
|
2 =1 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
BD1 |
CA1 |
|
a |
b |
c |
a |
b |
c |
a |
b |
c |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
( |
|
|
− |
|
|
|
+ |
|
|
)2 = |
|
2 + |
|
2 + |
|
2 = 3 , |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
BD1 |
|
|
|
|
|
|
a |
b |
c |
a |
b |
c |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
= (− |
|
|
|
|
− |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
)2 = |
|
2 + |
|
|
2 + |
|
2 = 3 , |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
CA1 |
|
a |
b |
c |
a |
b |
c |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
cosϕ = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
BD1 |
CA1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
1 |
, |
|
ϕ = arccos |
1 |
, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
BD1 |
|
|
|
|
|
CA1 |
|
|
|
|
3 3 |
3 |
|
|
|
|
3 |
|
|
где ϕ - искомый угол.
Рис. 18
Ответ: arccos 13 .
12.Метод объемов
•При составлении уравнения используется объем фигуры, выраженный двумя независимыми способами.
Пример 22. Ребро куба ABCDA1 B1C1 D1 равно а. Найдите расстояние от точки С до плоскости
BDC1 .
Решение. Искомое расстояние х равно высоте CQ (рис. 19), опущенной в пирамиде BCDC1 из
вершины С на основание BDC1 . Объем этой пирамиды равен
|
1 |
S |
BCD |
CC = |
1 |
|
|
1 |
BC CD CC |
= |
a3 |
|
. С другой |
|||||||||||||
3 |
3 |
|
2 |
6 |
|
|||||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||||||||||
стороны, так как треугольник |
BDC1 равносто- |
|||||||||||||||||||||||||
ронний со стороной а |
2 , объем пирамиды ра- |
|||||||||||||||||||||||||
вен |
|
1 |
SBC D CQ = |
1 |
|
(a |
2 )2 3 |
x = |
|
a2 3 |
x . От- |
|||||||||||||||
3 |
|
|
|
4 |
|
|
6 |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сюда получаем уравнение |
a3 |
= |
a2 |
3 |
x , из ко- |
|||||||||||||||||||||
6 |
|
6 |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
торого находим |
|
x = |
a |
3 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 19
Ответ: a 33 .
13. Метод ключевых задач
Ключевая задача № 1
• Если S – площадь фигуры Ф, расположенной в плоскости α , S′ - площадь проекции фигуры Ф на плоскость β , то справедлива формула cos (α; β)= SS′ .
Пример 23. В кубе ABCDA1 B1C1 D1 найдите угол между плоскостями AB1C и АВС.
21
Решение. Пусть α - искомый угол. Используем
соотношение S ABC |
= S AB C cosα (рис. 20), где |
|||||||||||||||
S ABC = |
1 |
|
, S AB C |
= |
( |
2 )2 |
1 3 |
= |
3 |
(треугольник |
||||||
2 |
|
|
4 |
|
2 |
|
||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
AB1C равносторонний). Отсюда имеем |
||||||||||||||||
cosα = |
|
1 |
: |
3 |
= |
|
1 |
, α |
= arccos |
|
3 |
. |
||||
2 |
2 |
|
|
3 |
|
3 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 20
Ответ: arccos 33 .
Ключевая задача № 2 (теорема о трех синусах)
• Пусть в одной из граней двугранного угла, величина которого равна α, проведена прямая, составляющая с ребром двугранного угла угол β ( 0D < β < 90D ), γ - величина угла между этой
прямой и другой гранью. Тогда справедливо следующее соотношение:
sin γ = sinα sin β .
Пример 24. В кубе ABCDA1 B1C1 D1 найдите угол между плоскостями AB1C и АВС.
Решение. Пусть α - искомый угол (рис. 20). Так |
||||||||||
как β = B AC = 60D , γ = B AB = 45D , то име- |
||||||||||
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
||
ем sin 45D |
= sin α sin 60D , sin α = |
2 |
: |
3 |
= |
2 |
, |
|||
2 |
2 |
3 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
α = arcsin |
|
2 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: arcsin 23 .
Ключевая задача № 3 (теорема о трех косинусах)
• Пусть α - величина угла между наклонной l и ее проекцией на некоторую плоскость, β - величина угла между проекцией наклонной l и прямой, проведенной через основание той же наклонной в плоскости проекции, и γ - величина угла между наклонной l и прямой, проведенной через ее основание в плоскости проекции. Тогда справедливо следующее соотношение:
cosγ = cosα cos β .
Пример 25. Угол между боковыми ребрами правильной четырехугольной пирамиды, не лежащими в одной грани, равен 120°. Найдите плоский угол при вершине пирамиды.
Решение. В правильной четырехугольной пирамиде SABCD проведем диагональное сечение ASC (рис. 21); SD – наклонная к плоскости сечения, SO - высота пирамиды и проекция SD на эту плоскость, SC – прямая, проведенная в плоскости ASC через основание наклонной. По
условию ASC =120D .
На основании теоремы о трех косинусах имеем:
cos DSC = cos DSO cos CSO .
Отсюда
cos DSC = cos 60D cos 60D = cos2 60D = 14 ,
DSC = arccos 14 .
Рис. 21
Ответ: arccos 14 .
22
Ключевая задача № 4 (теорема косинусов для трехгранного угла)
• Пусть для трехгранного угла плоские углы равны α, β и γ и двугранный угол при ребре, противолежащий плоскому углу γ, равен ϕ. Тогда справедливо следующее соотношение:
cosϕ = cosγ −cosα cos β .
Пример 26. В кубе ABCDA1 B1C1 D1 найдите угол между прямыми AD1 и DM , где М – середина
ребра D1C1 .
Решение. Пусть ребро куба равно 1, N – середина ребра А1 В1 , тогда искомый угол γ равен углу
между AD1 и AN (рис. 22). Используем теорему косинусов для трехгранного угла с вершиной А, в котором A1 AD1 =α , A1 AN = β ,NAD1 = γ . Так как ϕ = 90D , то имеем
cosγ = cosα cos β .
Из треугольника A1 AD1 |
находим |
|
|
||||||||||||||||
cosα = cos 45D |
= |
2 |
, из треугольника |
A AN |
по- |
||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
лучаем cos β = |
|
|
AA1 |
=1: |
5 |
= |
2 |
. Отсюда |
|
||||||||||
|
|
AN |
2 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|||||
cosγ = |
2 |
|
2 |
|
= |
|
2 |
, γ |
= arccos |
|
2 |
. |
|
|
|||||
2 |
5 |
|
|
5 |
5 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 22
Ответ: arccos 52 .
Ключевая задача № 5
• Если некоторая прямая образует углы α, β и γ с тремя попарно перпендикулярными прямыми,
то cos2 α +cos2 β +cos2 γ =1 .
Пример 27. Дан прямоугольный параллелепи-
пед ABCDA1 B1C1 D1. Его диагональ |
В1 D состав- |
||||||||||
ляет с ребром |
AD угол 45D , а с ребром DC |
||||||||||
угол 60D , Найдите угол между прямыми В D и |
|||||||||||
DD1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. |
Используем |
|
|
соотношение |
|||||||
cos2 α +cos2 β +cos2 γ =1, |
где |
ADB =α , |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
CDB1 |
= β , D1 DB1 = γ (рис. 23). Получаем |
||||||||||
cos2 45D |
+cos2 60D |
+cos2 γ =1, |
|
||||||||
cos2 γ =1 − |
1 |
− |
1 |
= |
|
1 |
, cosγ = |
1 |
, γ = 60D . |
||
|
2 |
4 |
2 |
||||||||
|
4 |
|
|
|
|
|
Рис. 23
Ответ: 60D .
Ключевая задача № 6
• Если AB и CD – скрещивающиеся ребра треугольной пирамиды ABCD, r – расстояние между ними, АВ = а, CD = b , ϕ - угол между AB и CD, V – объем пирамиды ABCD, то
r = ab6sinV ϕ .
Пример 28. В единичном кубе ABCDA1 B1C1 D1 найдите расстояние между диагональю куба BD1 и диагональю грани AB1 .
Решение. Найдем искомое расстояние по фор-
муле r = |
|
6V |
, где V – объем пирами- |
AB BD sinϕ |
|||
|
1 |
1 |
|
23
ды ABB1 D1 (рис. 24), AB1 = 2 , BD1 = 3 ,
ϕ = π - угол между прямыми BD и AB . Так |
|||||||||
2 |
|
|
|
|
1 |
1 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
как площадь основания АВВ1 пирамиды |
|||||||||
ABB D равна |
1 |
, а высота |
A D равна 1, то |
||||||
|
|||||||||
1 |
1 |
2 |
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
V = |
. Следовательно, r = |
|
= |
. |
|||||
|
2 |
3 |
|
||||||
6 |
|
|
|
6 |
|
Рис. 24
Ответ: 16 .
Литература
1.Самое полное издание типовых вариантов реальных заданий ЕГЭ 2010: Математика /авт.-сост. И. Р. Высоцкий, Д. Д. Гущин, П. И. Захаров и др.; под ред. А. Л. Семенова, И. В. Ященко. – М.: АСТ: Астрель, 2009. – (Федеральный институт педагогических измерений).
2.ЕГЭ. Математика. Тематическая тетрадь.
11класс / И. В. Ященко, С. А. Шестаков, П. И. Захаров. – М.: МЦНМО, Издательство
«Экзамен», 2010.
3.Единый государственный экзамен 2010. Математика. Универсальные материалы для подготовки учащихся / ФИПИ – М.: Интел- лект-Центр, 2010.
4.ЕГЭ 2010. Математика: Сборник тренировочных работ / Высоцкий И.Р., Захаров П.И., Панфёров В.С., Семёнов А.В., Сергеев И.Н., Смирнов В.А., Шестаков С.А., Ященко И.В.
–М.: МЦНМО, 2009.
5.ЕГЭ 2010. Математика. Типовые тестовые задания /под ред. А. Л. Семенова, И. В. Ященко. – М.: Издательство «Экзамен», 2010.
6.Ященко И. В., Шестаков С. А., Захаров П. И. Подготовка к ЕГЭ по математике в 2010 году. Методические указания. – М.:
МЦНМО, 2009.
7.www.mathege.ru - Математика ЕГЭ 2010 (открытый банк заданий)
24
МАТЕМАТИКА ЕГЭ 2010
Задания С3
Корянов А.Г. |
г.Брянск |
Методы решения
1.Сведение неравенства к равносильной системе или совокупности систем а) иррациональные неравенства; б) показательные неравенства; в) логарифмические неравенства; г) неравенства, содержащие знак
модуля
2.Расщепление неравенств
3.Метод перебора
4.Метод интервалов
5.Введение новой переменной
6.Метод рационализации
7.Использование свойств функции
а) область определения функции; б) ограниченность функции; в) монотонность функции;
Метод сведения неравенства к равносильной системе или совокупности систем
НекоторыеU стандартные схемы для решения ир-
рациональных неравенств:
●2n f (x) > 2n g(x)
●2n f (x) ≥ 2n g(x)
●2n f (x) < g(x)
●2n f (x) ≤ g(x)
●2n f (x) > g(x)
f (x) > g(x),g(x) ≥ 0.
f (x) ≥ g(x),g(x) ≥ 0.
f (x) < g 2 (x)
f (x) ≥ 0g(x) ≥ 0
f (x) ≤ g 2 (x)
f (x) ≥ 0g(x) ≥ 0
f (x) > g 2 (x),
g(x) ≥ 0,
f (x) ≥ 0,
g(x) < 0.
|
|
2 |
|
|
|
||
|
f (x) ≥ g (x), |
||
● 2n f (x) ≥ g(x) |
g(x) ≥ 0, |
|
|
f (x) ≥ 0, |
|||
|
|||
|
|
|
|
|
g(x) < 0. |
|
|
|
|
|
|
● 2n+1 f (x) 2n+1 g(x) |
f ( x) g ( x) |
||
● 2n+1 f (x) g(x) |
f (x) g 2n+1 (x) , |
где символ заменяет один из знаков:
>, <, ≥, ≤.
Пример 1. Решите неравенство
√18 2
Решение. Данное неравенство равносильно системе
x |
+18 < (2 − x)2 |
|
(x −7)(x + 2) > 0 |
||||||||||||
|
+18 ≥ 0 |
|
|
|
|
≥ −18 |
|
|
|
|
|||||
x |
2 |
|
|
x |
|
|
|
|
|||||||
|
− x |
≥ 0 |
|
|
|
≤ 2 |
|
|
|
|
|||||
2 |
|
|
x |
|
|
|
|
||||||||
18 |
|
|
|
|
|
|
– |
|
|
|
+ |
|
|||
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
–18 |
–2 |
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
18 |
|
|
|
2. |
|
2 |
|
|
|
|
||
Ответ: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Пример 2. (2010) Решите неравенство |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
7 − x < |
|
x3 − 6x |
2 +14x − 7 |
|
. |
|
|||||
Решение. |
|
|
|
x −1 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
7 − x < |
|
x3 − 6x 2 +14x − 7 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
x −1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
√ |
7 |
|
· √ |
|
1 |
√ |
1 |
6 |
14 |
7 |
|||||
7 |
|
|
|
|
1 |
|
|
6 |
14 |
|
|
7 |
17
5 6 0
17
1
2 |
3 |
0 |
|
|
1 |
7 |
|
|
|
Ответ: 1 < x < 2, 3 < x ≤ 7. |
|
|||
Предполагаемые критерии: |
|
|||
|
Содержание критерия |
Баллы |
||
|
Обоснованно получен пра- |
3 |
||
|
вильный ответ. |
|
||
|
|
|
||
|
Ответ неточен или из-за |
|
||
|
арифметической |
ошибки, |
|
|
|
или из-за того, что в него |
|
||
|
включены (отброшены) зна- |
2 |
||
|
чения переменной, при ко- |
|
||
|
торых подкоренные выра- |
|
||
|
жения обращаются в ноль. |
|
||
|
Решение |
содержит |
верные |
|
|
преобразования, но в ответе |
|
||
|
либо потеряны верные про- |
1 |
||
|
межутки, |
либо приобретены |
|
|
|
лишние промежутки. |
|
||
|
Решение |
не соответствует |
|
|
|
ни одному из критериев, пе- |
0 |
||
|
речисленных выше. |
|
|
НекоторыеU стандартные схемы для решения по-
казательных неравенств:
●(ϕ(x)) f ( x) > (ϕ(x)) g ( x)
●(ϕ(x)) f ( x) ≥ (ϕ(x)) g ( x)
В частности:
● Если |
a f ( x) > a1,g ( xто) |
|
число |
|
число |
● Если |
a f ( x) >0a g ( x) |
f (x) > g(x),
ϕ(x) >1,
g(x) > f (x),
0 <ϕ(x) <1.
f (x) ≥ g(x),
ϕ(x) >1,
g(x) ≥ f (x),
0 <ϕ(x) <1.
ϕ(x) =1
f (x) > g(x)
1,то
f (x) < g(x)
Пример 3. (2010) Решите неравенство
1 log2 (x2 −1) >1.2
Решение. Так как функция |
|
|
убывает на |
||||||||||
|
|
||||||||||||
|
, а функция |
|
|
возрастает на проме- |
|||||||||
жутке |
|
|
∞ , то имеем: |
|
|
|
|
||||||
|
1 |
log2 (x2 −1) |
|
log |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
0; |
>1 |
log2 (x |
2 |
−1)< 0 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
−1 |
<1, |
− |
2 < x < |
2, |
|||||
|
|
x |
|
|
>1 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|||
|
|
|
2 |
−1 |
> 0, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
< −1 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
− 2 < x < −11 < x < 2
Ответ: (− 2; −1)(; 1; 2).
НекоторыеU стандартные схемы для решения ло-
гарифмических неравенств:
● logϕ( x) f (x) > logϕ( x) g(x)
f (x) > g(x) > 0,
ϕ(x) >1,
g(x) > f (x) > 0,
0 <ϕ(x) <1.
В частности: |
|
|
|
f (x) > g(x) > 0 |
||
● |
loga |
f (x) > log1,a gто(x) |
||||
|
Если число |
0 |
|
|
1,то |
|
|
loga |
f (x) |
a |
|
||
● Если число |
> log |
|
g(x) |
g(x) > f (x) > 0 |
||
|
|
|
|
|||
● logϕ( x) |
f (x) ≥ logϕ( x) g(x) |
f (x) ≥ g(x) > 0,
ϕ(x) >1,
g(x) ≥ f (x) > 0,
0 <ϕ(x) <1.
В частности: |
≥ log1,a gто(x) |
f (x) ≥ g(x) > 0 |
|||
● |
loga |
f (x) |
|||
|
Если число |
0 |
|
1,то |
|
|
loga |
|
a |
||
● Если число |
|
|
g(x) ≥ f (x) > 0 |
||
|
|
f (x) ≥ log |
g(x) |
Пример 4. (2010) Решите неравенство log0,1 (x2 + x −2)> log0,1 (x +3).
2