Задание 15: Стереометрия

Содержание

О задании

Задание 15 проверяет твоё пространственное мышление и знание стереометрии. Это первая геометрическая задача второй части, требующая полного, обоснованного решения.

  • Что проверяется: Умение строить сечения, доказывать свойства пространственных фигур, находить углы и расстояния в многогранниках и круглых телах.
  • Формат ответа: Развёрнутое решение с чертежом, доказательством пункта «а» и вычислением пункта «б».
  • Уровень сложности: Повышенный.
  • Максимальный балл: 3 первичных балла.

Какие темы встречаются

Чаще всего на экзамене встречаются:

  • Сечения пирамид и призм - абсолютный лидер. Нужно уметь грамотно строить сечение методом следов или параллельных прямых.
  • Угол между плоскостями / Угол между прямой и плоскостью. Классический поиск линейного угла двугранного угла.
  • Расстояние от точки до плоскости / между скрещивающимися прямыми.
  • Комбинации фигур (встречаются реже). Цилиндры, конусы и вписанные в них многогранники.

Два подхода к решению

Задание 15 уникально тем, что большинство задач можно решить двумя принципиально разными путями.

  1. Классический метод. Основан на теоремах стереометрии, дополнительных построениях, подобии треугольников и тригонометрии. Идеально подходит для задач на сечения пирамид.
  2. Метод координат (векторно-координатный). Геометрическая фигура помещается в систему координат OxyzOxyz. Дальше всё решается по строгим алгебраическим формулам. Идеально подходит для поиска углов и расстояний в фигурах с прямыми углами (куб, прямоугольный параллелепипед, правильная призма).

Основные формулы

Ниже собран инструментарий для координатного метода. Освой эти формулы - и задача сведётся к аккуратным вычислениям с координатами.

Общий алгоритм решения

Примеры решения

Ниже разобраны три примера. Первый демонстрирует классический подход, второй - всю мощь метода координат, третий - работу с углом между прямой и плоскостью. Для каждой задачи приведено основное и альтернативное решение.

Пример 1. Классический метод (Сечение пирамиды)

Условие: В правильной четырёхугольной пирамиде SABCDSABCD все рёбра равны 66. Точка KK - середина бокового ребра SCSC. Плоскость α\alpha проходит через точки AA, BB и KK. а) Докажите, что сечение пирамиды плоскостью α\alpha является равнобедренной трапецией. б) Найдите косинус угла между плоскостью α\alpha и плоскостью основания ABCDABCD.

Пример 2. Метод координат (Углы и расстояния в кубе)

Условие: Дан куб ABCDA1B1C1D1ABCDA_1B_1C_1D_1. а) Докажите, что прямая BD1BD_1 перпендикулярна плоскости ACB1ACB_1. б) Найдите расстояние от точки DD до плоскости ACB1ACB_1, если ребро куба равно 33.

Пример 3. Угол между прямой и плоскостью

Условие: В правильной четырёхугольной призме ABCDA1B1C1D1ABCDA_1B_1C_1D_1 сторона основания равна aa, а боковое ребро равно 2a2a. а) Докажите, что прямая B1DB_1D перпендикулярна прямой ACAC. б) Найдите угол между прямой B1DB_1D и плоскостью основания ABCDABCD.

Частые ошибки

Стратегия на экзамене

За что дают баллы

Оценивание задания 15 очень лояльное. Максимум можно получить 3 балла.

  • 3 балла: Ты безупречно доказал пункт «а» и получил правильный, обоснованный ответ в пункте «б».
  • 2 балла: Есть два способа получить 2 балла:
    1. Ты полностью решил только пункт «б» (доказательство пункта «а» не приведено или неверно).
    2. Ты доказал пункт «а», логика пункта «б» абсолютно верная, но допущена арифметическая ошибка при счёте (ошибка в вычислениях, например 2+3=62+3=6).
  • 1 балл: Даётся в одном из трёх случаев:
    1. Ты верно доказал только пункт «а».
    2. Ты попытался решить только пункт «б», ход решения правильный, но допущена вычислительная ошибка.
    3. Ты решил пункт «б», опираясь на утверждение из пункта «а», но само утверждение не доказал (и при этом получил правильный ответ).
  • 0 баллов: Решение не соответствует ни одному из критериев (ошибки в формулах, неверная геометрия, отсутствие обоснований).
Проверь себя
  1. Какая функция используется в координатной формуле угла между прямой и плоскостью?
  2. Плоскость задана уравнением 2x−y+2z−5=02x - y + 2z - 5 = 0. Каковы координаты её вектора нормали?
  3. Чему равно расстояние от точки O(0; 0; 0)O(0;\, 0;\, 0) до плоскости x+y−z−3=0x + y - z - 3 = 0?
  4. В каком диапазоне лежит угол между двумя плоскостями?