Сечения параллелепипедов

Содержание

Суть темы

Сечение параллелепипеда - одна из удобных подтем задания 15. Прямые углы и три пары параллельных граней дают сразу два независимых пути решения:

  1. Геометрический (метод следов). Продолжаешь отрезки сечения до пересечения с рёбрами или их продолжениями, используешь подобие треугольников и свойство параллельных граней.
  2. Координатный. Вводишь оси X,Y,ZX, Y, Z вдоль рёбер, находишь уравнение плоскости, считаешь площадь через проекцию. Это арифметика на автопилоте - без пространственного озарения.

Освой оба: первый быстрее при удачном чертеже, второй надёжнее как запасной.

Основные факты и формулы

Для площади сечения главный инструмент - теорема о площади ортогональной проекции. Она выручает, когда проекция сечения на основание - удобная фигура (прямоугольник или трапеция).

Прямоугольный параллелепипед с сечением

Алгоритм решения

Примеры решения

Разбор двух задач: первая - классика (метод следов), вторая - координатным методом с проекцией.

Пример 1. Метод следов и свойства параллельных граней

Условие: В прямоугольном параллелепипеде ABCDA1B1C1D1ABCDA_1B_1C_1D_1 известны длины рёбер: AB=4AB = 4, AD=8AD = 8, AA1=12AA_1 = 12. На рёбрах AA1AA_1 и BB1BB_1 отмечены точки EE и FF, причём A1E:EA=2:1A_1E : EA = 2 : 1 и B1F:FB=1:2B_1F : FB = 1 : 2. Точка TT - середина ребра B1C1B_1C_1.

а) Докажи, что плоскость EFTEFT проходит через точку D1D_1.

б) Найди площадь сечения параллелепипеда плоскостью EFTEFT.

Пример 2. Координатный метод и метод проекции

Условие: В прямоугольном параллелепипеде ABCDA1B1C1D1ABCDA_1B_1C_1D_1 известны длины рёбер: AB=6AB = 6, AD=8AD = 8, AA1=12AA_1 = 12. На рёбрах AA1AA_1 и BB1BB_1 отмечены точки EE и FF, причём A1E:EA=1:2A_1E : EA = 1 : 2 и B1F:FB=1:5B_1F : FB = 1 : 5. Точка TT - середина ребра B1C1B_1C_1.

а) Докажи, что плоскость EFTEFT проходит через точку D1D_1.

б) Найди площадь сечения параллелепипеда плоскостью EFTEFT.

Параллелепипед с системой координат

Частые ошибки

Стратегия на экзамене

За что дают баллы

В задании 15 максимум 33 первичных балла:

  • 3 балла. Пункт «а» доказан строго, без логических пробелов. В пункте «б» получен верный числовой ответ с полным обоснованием (включая обоснование вида сечения).
  • 2 балла. Либо пункт «б» решён полностью и верно, а пункт «а» не доказан. Либо пункт «а» доказан, ход пункта «б» правильный, но ответ неверен из-за одной арифметической ошибки.
  • 1 балл. Доказан только пункт «а»; или пункт «б» решён верно с использованием недоказанного утверждения из «а»; или в верном ходе пункта «б» есть вычислительная ошибка и пункт «а» не доказан.
  • 0 баллов. Нет математически верных продвижений. Голый ответ в «б» без решения - это тоже 00.
Проверь себя
  1. Секущая плоскость пересекает две противоположные грани параллелепипеда. Что можно сказать о линиях пересечения?
  2. Площадь сечения SсечS_{\text{сеч}} и площадь его ортогональной проекции SпрS_{\text{пр}} связаны формулой:
  3. Точка EE делит ребро AA1=15AA_1 = 15 так, что A1E:EA=3:2A_1E : EA = 3 : 2. Чему равно A1EA_1E?
  4. Зачем в формуле косинуса угла между плоскостями cos⁡α=∣n1⃗⋅n2⃗∣∣n1⃗∣⋅∣n2⃗∣\cos \alpha = \dfrac{|\vec{n_1} \cdot \vec{n_2}|}{|\vec{n_1}| \cdot |\vec{n_2}|} нужен модуль в числителе?