Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Matematika_EGE_2010_Zadania_tipa_S1-S5_Metod

.pdf
Скачиваний:
50
Добавлен:
05.06.2015
Размер:
3.32 Mб
Скачать
формулу cosϕ =

Так

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

sinα sin β

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

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]