На ребре AA1 прямоугольного параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 взята точка E так, что A1E:EA=1:2, на ребре BB1 - точка F так, что B1F:FB=1:5, а точка T - середина ребра B1C1. Известно, что AB=2,AD=6,AA1=6. а) Докажите, что плоскость EFT проходит через вершину D1. б) Найдите угол между плоскостью EFT и плоскостью AA1B1.
Ваше решениедо 3 баллов
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение: Дан прямоугольный параллелепипед ABCDA1B1C1D1. Точка E делит ребро A1A в отношении A1E:EA=1:2. Точка F делит ребро B1B в отношении B1F:FB=1:5. Точка T является серединой ребра B1C1, то есть B1T=TC1. Линейные размеры: AB=2, AD=6, AA1=6.
а) 1) Построим сечение, проходящее через точки E,F и T. Поскольку плоскости противоположных граней (ADD1) и (BCC1) параллельны, линия пересечения сечения с гранью ADD1A1 будет параллельна прямой FT. Проведем из точки E луч, параллельный FT, до пересечения с ребром A1D1 в некоторой точке D2. 2) Рассмотрим прямоугольные треугольники △A1ED2 и △B1FT. У них соответствующие стороны параллельны, следовательно, они подобны: △A1ED2∼△B1FT. Из подобия вытекает отношение: A1EB1F=A1D2B1T. 3) Вычислим длины отрезков: так как A1A=6 и A1E:EA=1:2, то A1E=2 и EA=4. Аналогично для ребра B1B=6 при отношении B1F:FB=1:5 получаем B1F=1 и FB=5. 4) Подставим значения в пропорцию: 21=A1D2B1T. Отсюда A1D2=2B1T. Поскольку T — середина B1C1 и B1C1=AD=6, то B1T=3. Тогда A1D2=2⋅3=6. Так как длина ребра A1D1 также равна 6, точка D2 совпадает с вершиной D1. Таким образом, плоскость сечения проходит через точку D1. Что и требовалось доказать.
б) 5) Найдем точку M, продлив прямые A1B1 и EF до их взаимного пересечения. 6) Проанализируем плоскость грани (AA1B1): Треугольники △B1FM и △A1EM подобны по двум углам (общий угол при вершине M и прямые углы при вершинах B1 и A1). Запишем отношение подобия: A1MB1M=A1EB1F. Учитывая, что A1M=A1B1+B1M=2+B1M, имеем: 2+B1MB1M=21. Решая уравнение, находим B1M=2. 7) В прямоугольном △A1ME по теореме Пифагора найдем гипотенузу EM: EM=A1M2+A1E2=42+22=16+4=25. 8) Опустим перпендикуляр A1H из вершины A1 на прямую EM. В △A1ME: cos∠A1EM=EMA1E=252=51, а sin∠A1EM=EMA1M=254=52. Тогда отрезок EH=A1E⋅cos∠A1EM=2⋅51=52. Высота A1H=A1E⋅sin∠A1EM=2⋅52=54. 9) Перейдем к рассмотрению треугольника △D1EM: Найдем его стороны. В △A1D1E: ED1=A1D12+A1E2=36+4=210. В △A1D1M: D1M=A1D12+A1M2=36+16=52=213. 10) Применим теорему косинусов для △ED1M, чтобы найти cos∠D1EM: D1M2=ED12+EM2−2⋅ED1⋅EM⋅cos∠D1EM 52=40+20−2⋅210⋅25⋅cos∠D1EM 52=60−402⋅cos∠D1EM⇒cos∠D1EM=4028=521=102. 11) Пусть H1 — основание высоты, опущенной из D1 на EM. EH1=ED1⋅cos∠D1EM=210⋅102=102⋅20=1045=52. 12) Заметим, что EH=EH1=52. Это означает, что точки H и H1 совпадают. Следовательно, D1H⊥EM и A1H⊥EM. 13) Угол между плоскостями (A1D1M) и (ED1M) — это угол ∠A1HD1. Найдем D1H из прямоугольного △ED1H: D1H=ED12−EH2=40−54=5196=514. 14) Теперь по теореме косинусов для △A1D1H найдем искомый угол: A1D12=A1H2+D1H2−2⋅A1H⋅D1H⋅cos∠A1HD1 36=516+5196−2⋅54⋅514⋅cos∠A1HD1 36=5212−5112⋅cos∠A1HD1 180=212−112cos∠A1HD1⇒112cos∠A1HD1=32⇒cos∠A1HD1=11232=72. Следовательно, ∠A1HD1=arccos72.