ЗАДАЧИ
problems.ru
О проекте | Об авторах | Справочник
Каталог по темам | по источникам |
К задаче N

Проект МЦНМО
при участии
школы 57
Задача 111286
Темы:    [ Площадь сечения ]
[ Прямая призма ]
[ Площадь и ортогональная проекция ]
Сложность: 4
Классы: 10,11
В корзину
Прислать комментарий

Условие

Основание прямой призмы ABCABC₁ ─ равнобедренный треугольник ABC, в котором AB = BC = 5, ∠ABC = 2 arcsin ⅗. Плоскость, перпендикулярная прямой AC, пересекает рёбра AC и AC₁ в точках D и E соответственно, причём AD = ⅓AC, EC₁ = ⅓AC₁. Найдите площадь сечения призмы этой плоскостью.

Решение

Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
Пусть M ─ середина основания AC равнобедренного треугольника ABC (рис. 1). Из прямоугольного треугольника AMB находим, что

AM = AB sin ∠ABM = 5 · 
3
5
 = 3,   BM = 
AB² − AM²
 = 
25 − 9
 = 4.

Тогда

AC = 2AM = 6,   AD = ⅓AC = 2,   CE = ⅓AC₁ = 2.

Поскольку прямая AC перпендикулярна секущей плоскости (рис. 2), то AC ⊥ DE. Пусть O ─ точка пересечения отрезков AC и DE. Из равенства прямоугольных треугольников AOE и COD (по гипотенузе и острому углу) следует, что O ─ середина AC. Поэтому перпендикуляр, опущенный из точки O на AC проходит через точку M, а так как призма прямая, этот перпендикуляр лежит в плоскости грани AACC.

Пусть K ─ точка пересечения секущей плоскости с прямой AB. Прямая AC перпендикулярна секущей плоскости, содержащей прямую DK, поэтому AC ⊥ DK. По теореме о трёх перпендикулярах, DK ⊥ AC, так как AC ─ ортогональная проекция наклонной AC на плоскость ABC. Треугольники
ADK и AMB подобны с коэффициентом k = 
AD
AM
 = 
2
3
, поэтому

AK = k · AB = 
2
3
AB < AB.

Значит, точка K лежит на отрезке AB. Аналогично, точка P пересечения плоскости с прямой BC₁ лежит на ребре BC₁. При этом EP ∥ DK и EP = DK.

Пусть прямые ED и AA₁ пересекаются в точке L, прямые LK и BB₁ ─ в точке N. Тогда сечение призмы, о котором говорится в условии задачи, ─ пятиугольник DKNPE. Его ортогональная проекция на плоскость ABC ─ пятиугольник DKBPE₂ (рис. 1, 2), где P₂ и E₂ ─ ортогональные проекции на плоскость ABC точек P и E. Тогда

SCEP SADK = k² · SAMB = k² · 
1
2
 · AM · BM = (
2
3
)
²
 
 · 
1
2
 · 3 · 4 = 
8
3
,

SDKBPE SABC − 2SADK = 
1
2
 · AC · BM − 2SADK 
1
2
 · 6 · 4 − 2 · 
8
3
 = 
20
3
.

Пусть h ─ высота (боковое ребро) призмы. Рассмотрим грань AACC (рис. 3). Обозначим ∠ACC₁ = ∠EED = α. Из прямоугольных треугольников CAC₁ и DEE₂ находим, что

tg α = 
AC
CC
 = 
6
h
   и   tg α = 
EE
DE
 = 
h
2
,

откуда h = 2
3
  и tg α = 
3
. Поэтому α = 60°.

Так как CD ⊥ KD и ED ⊥ KD, угол EDC ─ линейный угол двугранного угла между секущей плоскостью и плоскостью ABC, а поскольку ∠EDC = α = 60°, то, по теореме о площади ортогональной проекции многоугольника,

SDKNPE 
SDKBPE
 cos α 
 = 
²⁰⁄₃
½
 = 
40
3
.

Источники и прецеденты использования

web-сайт
Название Система задач по геометрии Р.К.Гордина
URL http://zadachi.mccme.ru
задача
Номер 8921

© 2004-... МЦНМО (о копирайте)
Пишите нам

Проект осуществляется при поддержке Департамента образования г.Москвы и ФЦП "Кадры" .