Тема . Стереометрия в координатах
.06 Построение сечений
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела стереометрия в координатах
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#26267

Дана правильная треугольная пирамида SABC  с вершиной S  .

1) Проведите плоскость через середину ребра AC  и точки пересечения медиан граней ASB  и CSB  . Найдите сечение пирамиды этой плоскостью.

2) Найдите площадь сечения пирамиды этой плоскостью, если AB = 21  ,       √ -
AS = 12  2  .

Показать ответ и решение

Введём прямоугольную систему координат(см. рисунок).

Точка A  - начало координат,

Ось OX  направим вдоль вектора A⃗B  ,

Ось OY  направим в полуплоскость, содержащую точку C  , перпендикулярно A⃗B  ,

Ось OZ  направим в полупространство, содержащее точку S  , перпендикулярно векторам A⃗B  и A⃗C  .

PIC

Пусть точка O  — основание высоты пирамиды, AB = a  , OS = h

    (  )
    | 0|
A = |( 0|)
      0     (  )
    | a|
B = |( 0|)
      0     (    )
    | √a2-|
C = |( a23|)
      0     (    )
    |  a2√-|
S = |( a63|)
       h

1) Пусть K  - середина ребра AC  , M, N  - точки пересечения медиан граней ASB  и CSB  соответственно.

   (  )
   | x|
K :|( y|) = A + 12A⃗C
     z

     ( )           (    )   (  )   (    )
     |x|           |  a2√-|   | 0|   |  a2√-|
A⃗C  :|y|  = C − A = | a-3| − | 0| = | a-3|
     ( )           (  2 )   (  )   (  2 )
      z               0       0       0

   (  )   (  )      (    )   (    )
     x      0          a2-       a4-
K :|| y|| = || 0|| + 1 ⋅|| a√-3|| = || a√3||
   (  )   (  )   2  (  2 )   (  4 )
     z      0         0         0

Аналогично найдем середины AB, BC

   (  )              (  )
   | x|              | a2|
X :|( y|) = A + 12A⃗B  = |( 0|)

     z                 0

   (  )
     x
Y :|| y|| = B + 1B⃗C
   (  )       2
     z

      ( )            (    )   ( )   (    )
       x               a2       a      − a2
B⃗C  = ||y||  = C − B = ||a√3-|| − ||0|| = || a√3||
      ( )            ( 2  )   ( )   (  2 )
       z               0       0       0

   (  )   (  )     (    )    (    )
     x      a        − a2       3a4
Y :|| y|| = || 0|| + 1⋅|| a√3||  = || a√3-||
   (  )   (  )   2 (  2 )    (  4 )
     z      0         0        0

Воспользовавшись тем фактом, что медианы треугольника пересекаются в одной точке, которая делит каждую медиану в отношении 2 : 1  , считая от вершины, найдем координаты точек M, N  .

    (  )              ( )      (    )   (    )
     x                 a          0        a
    ||  ||       1 ⃗    ||2||    1 || a√3||   || a2√3||
M  :(y ) = X + 3XS  = (0)  + 3 ⋅( 6 ) = (  18)
     z                 0          h        h3

   ( x)
   |  |       1
N :|( y|) = Y + 3Y⃗S
     z

     (|x)|   (|  a2√-)|   (|  34√a)|    (| − a4√-)|
Y⃗S : |(y|) = |( a63|) −|( a43|)  = |(− a123|)
      z       h        0         h

   (  )   (  3a)      (   a )    ( 2a )
   | x|   |  4√-|      |  −4√-|    | -3√-|
N :|( y|) = |( a43|) +  13 ⋅|( − a132|) = |(2a93|)
     z       0           h          h
                                    3

Заметим, что направляющий вектор плоскости  ⃗     1⃗
M N =  3AC  .

      (     )   (    )   (    )      (    )
         2a3-       a2-       a6-          a2-
M⃗N = || 2a√3|| − || a√3|| = || a√3|| =  1⋅|| a√3|| = 1A⃗C
      (   9h )   (  18h )   (  6 )    3 (  2 )   3
          3        3        0           0

Тогда A⃗C  - направляющий вектор плоскости. Учитывая, что плоскость по условию проходит через середину  AC  , получаем, что AC  принадлежит искомой плоскости.

Параметрически зададим уравнение искомой плоскости P  через начальную точку и 2 направляющий вектора этой плоскости.

   (  )                       (  )      (    )     (    )
   | x|                       | 0|      | a2√ -|     |  a2√-|
P :|( y|) = A + α ⋅ ⃗AC + β ⋅A⃗M = |( 0|) + α ⋅|(a2-3|) + β ⋅|( a183|) ,α,β ∈ ℝ
     z                          0         0           h
                                                      3

Пусть L  - точка пересечения плоскости P  и прямой SB  . Параметрически зададим уравнение прямой SB  через начальную точку и направляющий вектор прямой:

     ( )              ( )      (    )
      x                a         − a2
SB : ||y|| = B + γB⃗S  = ||0||  +γ ⋅|| a√3||
     ( )              ( )      (  6 )
      z                0          h

Найдем точку пересечения P  и SB  :

(    a    a       a              (
|||{ 0+ 2α-+ 2β =-a− 2 γ   -        |||{ α = 0
  0+ a√3α + a√3β = 0+ a√3γ   ⋅⋅⋅   β = 3
|||     2      18        6         |||     2
( 0+ 0α + h3β = 0+ hγ             ( γ = 12

Подставим значение параметра γ  в уравнение прямой и найдем координаты точки L  .

   (  )   (  )     (    )   (    )
     x      a        − a2       34a
L :|| y|| = || 0|| + 1⋅|| a√3|| = || a√3||
   (  )   (  )   2 (  6 )   (  1h2)
     z      0         h        2

В сечении получаем треугольник ACL  , где все точки этого треугольника нам известны.

2) Найдём уравнение вектора K⃗L

     (  )           (    )   (    )   (     )
      x               3a4       a4        a2
K⃗L  :||y || = L− K  = || a√3-|| − ||a√3-|| = ||− a√3||
     (  )           ( 1h2 )   (  4 )   (  h6 )
      z                2       0         2

Заметим, что AC  ⊥ KL  . Докажем это через скалярное произведение одноименных векторов.

           (  a )   (   a  )
           |  2√-|   |   2√ -|   a2   3a2     h   a2  a2
(A⃗C, K⃗L ) = |( a23|) × |( − a63|) = 4 − 12-+ 0⋅ 2 = 4-− -4 = 0
              0         h
                        2

Тогда S  треугольника можно по следующей формуле:

S = 1AC ⋅KL
    2

       ∘ ------------
| ⃗AC | = a2+ 3a2+ 02 = a
         4    4

       ∘ -2----2---2-   ∘ --2-----
|K⃗L | =  a4-+ 3a36-+ h4 = 12  4a3-+ h2

Из условия AB = 21 ⇒ a = 21  ,

       √ -    ⃗    ∘ a2--3a2---2-  ∘-a2----2
AS = 12  2 = |AS | = 4 +  36 + h =    3 + h

Отсюда         √-     2
h2 = (12 2)2 − a3

        ∘ -----------------   ∘ ------------
|K⃗L | = 1 4a2+ (12√2)2 − a2 = 1 212 + (12√2)2 = 27
       2   3             3   2                 2

S = 12 ⋅21 ⋅ 227= 5647-

Ответ:

S = 5647

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное обучение
в Школково

Для детей ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Брянской областей, а также школьникам, находящимся в пунктах временного размещения Крыма обучение на платформе бесплатное.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ или олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!