В правильной треугольной призме ABCA1B1C1 точка K – середина ребра A1B1. Плоскость α проходит через точки A,K и C. а) Докажите, что сечением призмы плоскостью α является равнобедренная трапеция. б) Найдите расстояние от точки B до плоскости сечения, если все ребра призмы равны 6.
Ваше решениедо 3 баллов
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение:
а) Соединим вершины A и K. В плоскости верхней грани через точку K проведём прямую, параллельную ребру A1C1. Пусть эта прямая пересекает ребро C1B1 в точке L. Поскольку A1C1∥AC, то KL∥AC. Таким образом, четырёхугольник AKLC является искомым сечением.
Так как K — середина A1B1 по условию, а KL∥A1C1, то согласно теореме Фалеса точка L будет серединой ребра C1B1.
Призма ABCA1B1C1 правильная, значит, её основания — равносторонние треугольники. Отсюда следует, что A1B1=C1B1, а значит, их половины равны: A1K=C1L. Учитывая, что боковые рёбра A1A и C1C равны, получаем равенство прямоугольных треугольников ΔA1KA=ΔC1LC по двум катетам.
Из равенства треугольников следует AK=CL. Отрезок KL является средней линией треугольника A1B1C1, поэтому KL=21A1C1=21AC.
Так как боковые стороны AK и CL равны, а основания KL и AC параллельны и не равны, AKLC — равнобедренная трапеция, что и требовалось доказать.
б) В основании ABC проведём высоту BH. В правильном треугольнике она также является медианой, то есть H — середина AC.
Пусть M — середина верхнего основания трапеции KL. В силу симметрии равнобедренной трапеции отрезок MH перпендикулярен основаниям AC и KL.
Плоскости (ACK) и (BHM) пересекаются по прямой HM. Искомое расстояние от точки B до плоскости сечения равно длине перпендикуляра BN, опущенного из B на прямую HM.
В треугольнике ABC имеем: AC=6, HA=3, AB=6.
По теореме Пифагора находим высоту основания: HB=AB2−HA2=36−9=33.
Из треугольника C1LC по теореме Пифагора: CL=C1L2+CC12=32+62=45=35.
Рассмотрим геометрию трапеции AKLC:
Основания равны KL=3 и AC=6.
Опустим высоты LL1 и KK1 на AC. Тогда K1L1=KL=3, а отрезок AK1=2AC−KL=26−3=1,5.
Высота трапеции MH=KK1=AK2−AK12=45−49=4171=2319.
Теперь рассмотрим сечение призмы плоскостью, проходящей через высоты оснований:
В треугольнике KB1L точка M — середина KL. Так как KB1=LB1=3 и KL=3, треугольник KB1L равносторонний. Его высота MB1=KB12−KM2=9−49=233.
Пусть M1 — проекция точки M на прямую HB. Тогда MM1=BB1=6, а M1B=MB1=233.
Отрезок HM1=HB−M1B=33−233=233.
Проверим значение HM через прямоугольный треугольник HMM1: HM=MM12+HM12=36+427=2319.
Из треугольника HMM1 находим sin(∠MHM1)=HMMM1=23196=194.
В треугольнике HNB искомая высота NB=HB⋅sin(∠NHB).
Так как ∠NHB=∠MHM1, получаем: NB=33⋅194=19123=191257.
Заметим, что 191257=19571257⋅57=195712⋅57=5736.