Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

C22013

.pdf
Скачиваний:
105
Добавлен:
13.02.2015
Размер:
2.58 Mб
Скачать

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Многогранники: типы задач и методы их решения.

гда сторона основания данной пирамиды равна

 

 

 

 

AN

 

 

 

 

2d

.

 

 

 

sin60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3sin

В прямоугольном треугольнике ADO

AO

2

AN

2d

 

 

(так как O AN ),

 

 

 

 

 

3

 

 

3sin

DO AO tg

 

2d

.

 

 

 

 

 

 

 

3cos

Находим объём пирамиды

V1 DO SABC

3

 

1

 

2d

 

 

 

 

3

 

 

 

2d 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3cos

4

3sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2d3

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 3sin2 cos

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

 

 

 

 

 

 

2d3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 3sin2

cos

Пример 91. Боковые рёбра наклонной треугольной призмы ABCA1B1C1 равны 6 см. Сечение плоскостью, пересекающей все боковые ребра призмы и перпендикулярной им, представляет собой треугольник, стороны которого относятся как 9:10:17. Найти площадь боковой поверхности этой призмы, если известно, что объём пирамиды A1ABC равен

288 см3.

где l длина бокового ребра, S и P – площадь и периметр перпендикулярного ему сечения соответственно, Sбок пло-

щадь боковой поверхности, получим

VABCA1B1C1 AA1 SKLM или 864 6SKLM .

Отсюда SKLM 144 см2.

Найдем периметр треугольника KLM . Пусть его стороны равны 9x,10x,17x.

Тогда PKLM 36x, а полупериметр p 18x . По формуле Герона, получим

SKLM p(p 9x)(p 10x)(p 17x) 36x2 .

Из

уравнения

36x2

144

получаем

x 2

см.

Следовательно,

PKLM

72 см.

Тогда S

бок

l P

6 72

432 см2.

 

 

 

 

 

 

Ответ: 432 см2.

Метод введения вспомогательного отрезка

Пример 92. Все боковые грани четырехугольной пирамиды – правильные треугольники. Расстояние от центра боковой грани до плоскости основания пирамиды равно b. Определить объём пирамиды.

E

A1 B1

K

 

17x

L

 

 

C1

 

A

9x

10x

B

 

 

 

M

C

Рис. 103

Решение. Так как объём VA1ABC 288

см3, то VABCA1B1C1 3VA1ABC 864 см3. Пусть

треугольник KLM указанное в условии сечение, перпендикулярное ребрам призмы (см. рис. 103). Используя формулы

VABCA1B1C1 l S , Sбок l P ,

04.12.2012

71

F

A

K

D H OB

C

Рис. 104

Решение. Пусть сторона основания данной пирамиды ABCDE равна x, основание высоты пирамиды обозначим через О, основание апофемы к стороне AD

через K (см. рис. 104). Тогда OK x , 2

высота EK в равностороннем треуголь-

нике равна x 3 . Из прямоугольного тре- 2

угольника EOK находим

www.alexlarin.net

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Многогранники: типы задач и методы их решения.

OE x23 2 2x 2 x22 .

Если F – центр боковой грани, Н – основание перпендикуляра, опущенного из точки F на основание пирамиды, то FH b. Из подобия треугольников EOK и FHK получаем

EO EK 3 и EO 3 FH .

FH FK 1

Отсюда

 

x 2

3b,

x 3

 

b.

Значит,

 

2

2

 

 

 

 

 

 

площадь

основания

пирамиды

равна

18b2 , высота пирамиды – 3b, объём данной пирамиды равен

V1 18b2 3b 18b3 . 3

Ответ: 18b3 .

Метод введения вспомогательного угла

Пример 93. В правильной четырехугольной пирамиде ABCDE (Е – вершина) через середины сторон АВ и AD проведено сечение, плоскость которого параллельна ребру ЕА. Найти объём пирамиды, если сторона основания равна a и площадь сечения S.

Решение. Плоскость сечения пересекает плоскости AED и АВЕ по прямым GH и FJ соответственно, параллельным АЕ. FG ||BD, так как FG – средняя линия в треугольнике ABD (см. рис. 105).

E

K

J SH

C

T

BQD

F R G

A

Рис. 105

В квадрате ABCD AС BD. Так как AQ – проекция АЕ на основание пирами-

04.12.2012

ды и

 

AQ FG , то FGHJ

прямоуголь-

ник. Плоскости FGH и BDE пересека-

ются по прямой JH .

 

 

EQ HJ S ,

 

Пусть

AC FG R,

 

RS CE K ,

 

EAC .

Так

как

 

 

 

1

AQ

 

a

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RQ

2

то

из

треугольника

2

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RQ

 

 

 

a

 

 

.

 

RQS получаем RS

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

4cos

 

 

Далее в треугольнике АЕС по теореме

Фалеса

EK

 

 

AR

 

1

, а в треугольнике

 

 

 

 

EQC

 

 

 

ED

AC

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по

 

 

 

теореме

Фалеса

имеем

 

QT

 

EK

 

 

1

 

(Т – проекция точки K на

 

 

EC

 

 

QC

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

плоскость основания пирамиды), то есть

QT 1QC a 2 . Значит, 4 8

SK TQ a2 . cos 8cos

Площадь сечения равна

S SFGHJ SJKH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5a2

 

a 2

 

 

a 2

 

1

 

 

 

a 2

 

 

 

a 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

2

 

 

4cos

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8cos

 

 

16cos

 

Отсюда cos

 

5a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

 

256S2 25a4

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tg

 

 

 

256S2 25a4

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Высота пирамиды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EQ AQtg

a

 

 

tg

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и объём пирамиды

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

a2

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

256S2

 

25a4

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

5a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a512S2 50a4 . 30

Ответ: a512S2 50a4 . 30

72

www.alexlarin.net

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Многогранники: типы задач и методы их решения.

Метод введения нескольких вспомогательных элементов

Пример 94. Найти объём прямоугольного параллелепипеда, диагональ которого равна 14, периметр основания – 20 и периметр меньшей боковой грани – 32.

Решение. Пусть в параллелепипеде

ABCDA1B1C1D1

D1B 14,

AB a,

BC b, B1B c с

условием

a b

(сде-

лайте рисунок самостоятельно).

 

Из условия задачи имеем

 

 

a2 b2 c2 196,

a2 b2

c2

196,

 

 

 

 

a b 10,

a 10 b,

 

 

 

 

 

b c 16.

c 16 b.

 

Получаем квадратное уравнение

3b2 52b 160 0,

имеющее корни 4 и 40 (не удовлетворя-

 

3

 

ет условию

a b 10).

Тогда b 4,

a 6, c 12

и V 288.

Ответ: 288.

 

 

Метод опорных задач

Объёмы пирамид с общей высотой пропорциональны площадям их оснований.

Пример 95. В правильной четырехугольной пирамиде SABCD точка F делит ребро ВС в отношении 1:3 (считая от точки С). Найти, в каком отношении делит объём пирамиды плоскость DSF ?

S

B

AFC

D

Рис. 106

Решение. Так как данная пирамида и части, на которые она разбивается плоскостью сечения (см. рис. 106), имеют одинаковую высоту, то отношение объёмов частей равно отношению площадей оснований:

04.12.2012

73

VSABFD SABFD .

VSFCD SFCD

Площади треугольников ABD и BDC равны. Для треугольников с общей высотой имеем

SDCF CF 1 .

SDBF BF 3

Поэтому SABFD 7 .

SFCD 1

Ответ: 7:1.

Объёмы пирамид с равновеликими основаниями пропорциональны проведенным к нему высотам.

Например, в кубе ABCDA1B1C1D1 (см.

рис. 107) объемы пирамид A1 ABD и MBDC относятся как 2:1, где М – середина ребра C1C .

B1

A1 C1

D1

BM

AC

D

Рис. 107

Пирамиды с равновеликими основаниями и равными высотами – равновелики.

Например, в кубе ABCDA1B1C1D1 (см.

рис. 108) пирамиды A1 ABD, D1ABDи D1ACD равновелики.

 

C1

C1

C1

B1

D1B1

D1B1

D1

 

A1

A1

C A1

C

 

C

B DB DB D A A A

Рис. 108

www.alexlarin.net

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Многогранники: типы задач и методы их решения.

Отношение объёмов подобных многогранников равно кубу коэффициента подобия.

Пример 96. Площадь основания пирамиды равна 3, объём пирамиды также равен 3. Проведены две плоскости, параллельные основанию пирамиды. Площади получившихся сечений равны 1 и 2. Найти объём части пирамиды, расположенной между плоскостями.

D

C2 B2

C1A2B1

A1 B

C

A

Рис. 109

Имеем

Решение. Обо-

значим сечения через A1B1C1 и A2 B2C2 (см. рис. 109), причем

SA1B1C1 S1 2,

SA2B2C2 S2 1,

SABC S 3,

объемы пирамид

VABCD V ,

VA1B1C1D V1 ,

VA2B2C2D V2 .

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

2

 

 

 

8

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

S

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

2

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

S

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отсюда искомый объем равен

 

 

8

 

1

 

 

8 1

 

V V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

1 2

 

27

 

27

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: 8 1. 3

Отношение отрезков можно заменить отношением объёмов пирамид с общим основанием (см. рис. 110)

DH DF VDABC ,

OH OG VOABC

где DF и OG – высоты пирамид.

04.12.2012

74

D

B

CGHF

A

O

Рис. 110

Пример 97. На рёбрах АВ, BD и DC пирамиды ABCD взяты точки M, L и K

так, что AM

1

 

AB,

BL

1

BD,

 

 

 

3

 

4

 

DK 2 DC . В каком отношении плос-

5

кость KLM делит отрезок, соединяющий середины ребер AD и ВС?

Решение. Обозначим середины AD и ВС через P и Q соответственно (см. рис. 111). В сечении получится четырехугольник, но для решения задачи достаточно рассмотреть отношение объемов пирамид PMLK и QMLK с общим основанием

MLK .

Если SABD a, то

S

DPL

 

DP

 

DL

S

ABD

 

1

 

3

a

3a

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

DA DB

 

2 4

 

 

 

 

 

 

S

BML

 

 

BM

 

BL

 

S

ABD

 

 

2

 

 

1

 

a

 

a

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BA BD

 

 

3 4

 

 

6

 

 

 

S

AMP

 

AP

 

AM

S

ABD

 

1

 

1

a

a

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AD AB

 

 

2 3

 

6

 

 

 

 

 

 

 

3

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

7a

S

PML

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

ABD

 

 

 

 

,

 

 

 

6

6

24

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

KD

V

 

 

 

 

 

2

V

2V

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

KABD

CD

 

ABCD

 

 

5

 

 

 

 

 

5

 

 

 

V

 

 

SMPL

V

 

 

 

 

 

7

 

2V

 

 

7V

,

 

 

 

 

 

24

 

 

PKLM

 

SABD

KABD

 

 

5

 

60

 

где VABCD V .

www.alexlarin.net

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Многогранники: типы задач и методы их решения.

Аналогично получаем V

 

 

 

11V

(до-

V

1

AD S

 

 

 

 

1

AD AC BC sin C

 

 

 

 

 

QKLM

 

60

 

 

3

 

 

 

ABC

 

 

 

6

 

 

 

 

кажите самостоятельно!). Отношение

 

1

6

 

14

8

 

 

 

1

56.

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PN

 

VPKLM

 

7V

:

11V

 

7

.

6

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

2

 

 

 

 

 

Так как медиана BT делит площадь

 

 

 

 

 

 

 

 

QN VQKLM

60

60

11

 

 

 

 

треугольника ABC пополам, то объём

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

пирамиды DATB будет равен

V

28.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

N

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

A

Q

M

L

C M P

T

A B

Рис. 112

 

B

 

 

 

 

Рис. 111

 

 

 

 

Ответ:

7

.

 

 

 

 

11

Пусть в пирамиде MABC на рёбрах

MA,

MB и MC или на их продолжениях

взяты соответственно точки

A1, B1,C1

так,

что MA1 :MA k , MB1

:MB m

MC1 :MC n. Тогда объёмы пирамид MA1B1C1 и MABC связаны формулой

VMA1B1C1 k m n VMABC . (*)

(См. опорную задачу 12 глава 3 п. 3.4).

Пример 98. В основании пирамиды DABC лежит треугольник ABC, в ко-

тором

C 30 ,

AC 14,

BC

8

 

,

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

точка T

– середина AC . Боковое ребро

AD равно 6

 

 

и перпендикулярно плос-

 

3

кости ABC.

На ребрах AD, BD и отрез-

ке

DT

взяты соответственно точки

M,

N,

P

так,

что AM : MD 2:5,

DN : NB 2:5 и

TP: PD 7:5. Найти

объём пирамиды DMNP.

Решение. Так как ребро AD перпендикулярно плоскости основания, то объем V пирамиды DABC равен

04.12.2012

75

Точки M, N, P лежат на ребрах пирамиды DATB (см. рис. 112), поэтому по формуле (*) получаем

V

DM

 

DP

 

DN

 

V

 

DA

 

 

 

 

DMNP

 

 

DT

DB

DATB

 

 

5

 

7

 

2

28

10

.

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

12

 

7

 

 

3

 

 

 

 

Ответ: 10 . 3

Пример 99. В правильной четырехугольной пирамиде MABCD все рёбра равны. Точки P и N – середины рёбер BM и DM . В каком отношении делит объём пирамиды сечение, проходящее через прямую AP параллельно диагонали основания BD?

Решение. Так как точки P и N – середины ребер BM и DM, то PN – средняя линия треугольника BMD и PN || BD. Так как через точку P можно провести единственную прямую, параллельную BD и секущая плоскость также параллельна BD, то PN лежит в плоскости сечения (см. рис. 113а).

Так как пирамида правильная, то MO – высота пирамиды (O – точка пе-

ресечения

диагоналей

основания),

MO BMD CMA.

 

Пусть точка E PN MO, тогда E

середина

MO. Тогда прямая

AE также

www.alexlarin.net

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Многогранники: типы задач и методы их решения.

 

 

M

 

 

 

 

 

 

K

 

N

 

 

M

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

K

 

 

C

 

 

D

E

 

O

 

 

Q

 

B

 

 

C

O

A

 

A

 

 

 

 

 

б

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

Рис. 113

 

 

 

лежит

в плоскости

сечения

и пусть

K AE CM ,

и

 

четырехугольник

APKN

– описанное

в

условие сечение

пирамиды.

 

 

 

 

 

 

На выносном чертеже (см. рис. 113б)

проведем отрезок OQ|| AK . Тогда,

ис-

пользуя теорему Фалеса, получаем KE

средняя

линия

треугольника

OQM

и

QK KM ,

а OQ

средняя линия тре-

угольника

CKA

и

CQ QK .

Следова-

тельно,

точка K

делит ребро

CM так,

что MK : MC 1:3.

Плоскость CMA разбивает каждую из пирамид MABCD и MAPKN на две равные треугольные пирамиды. Используя соотношение (*), получаем

V

 

MK

 

MP

 

MA

V

 

MC

 

 

 

MPKA

 

 

 

MB MA

MBCA

 

 

1

 

1

1 V

 

 

1

V .

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

MBCA

6

 

MBCA

 

1

Аналогично, VMKNA 6 VMCDA .

Соответственно, объём пирамиды MAPKN будет составлять шестую часть объема данной пирамиды, а секущая плоскость будет делить объём в отношении 1:5.

Ответ: 1:5.

Пусть a и b – длины двух противоположных ребер тетраэдра, d – расстояние, а – угол между ними. Тогда объём тетраэдра можно вычислить по

формуле V 1 abdsin . 6

(См. опорную задачу 9 глава 3 п. 3.4).

Пример 100. Дан единичный куб АВСDA1B1C1D1 . Найти объём пирамиды АB1CD1.

Решение. Имеем АB1 CD1 2 (см.

рис. 114). Расстояние между скрещивающимися прямыми АB1 и CD1 , лежащими в параллельных плоскостях, равно 1. Угол между ними равен 90 , так как АB1 ||DC1 и CD1 DC1 . Следовательно,

1

VAB1CD1 6 AB1 CD1 AD sin (AB1;CD1)

1 2 2 1 1 1 . 6 3

 

B1

A1

C1

 

 

D1

B

AC

D

Рис. 114

Ответ: 1 . 3

Пример 101. На диагонали грани единичного куба взяты точки М и N, а на скрещивающейся с ней диагонали соседней грани взяты точки P и Q. Известно,

что MN

1

,

PQ

1

.

Найти объём

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

тетраэдра MNPQ.

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

 

Пусть

 

дан

 

 

куб

АВСDA1B1C1D1 (см. рис. 115). Отрезки

MN и PQ лежат на прямых

 

AB1 и

A1C1

соответственно.

Так как

DC1 ||AB1 , то

(AB1, A1C1) A1C1D 60 .

Так

 

 

как

прямые

AB1

 

и

A1C1 лежат в параллель-

ных плоскостях AB1С и A1C1D , то

 

 

 

(AB; AC ) (ABC; AC D)

1

 

.

 

 

 

1

1

1

1

 

 

1

1

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получаем

04.12.2012

76

www.alexlarin.net

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Многогранники: типы задач и методы их решения.

VMNPQ

1

 

1

 

1

 

 

1

 

 

 

3

 

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

3

3

 

 

 

2

72

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1

 

 

 

 

B1

 

 

 

 

 

 

Q

 

 

D1

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

A1

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 115

 

 

 

 

Ответ: 1 . 72

Пусть p и q – площади двух граней тетраэдра, a – длина общего ребра, – величина двугранного угла между этими гранями. Тогда объем тетраэдра может быть вычислен по формуле

V 2pqsin .

3a

(См. опорную задачу 11).

Пример 102. Найти объём пирамиды

ABCD,

в которой AB 4,

BC 5,

AD 6 ,

BD 7, CA 8, а двугранный

угол с ребром AB равен 60 .

 

D

Тогда искомый объем пирамиды равен

V 2 172 92 3 5 7 3 :12 15335 . 16 2 64

Ответ: 15335 . 64

Принцип разбиения и дополнения

Иногда при вычислении объема многогранника используют дополнение этого многогранника до пирамиды (призмы) или разбиение на эти фигуры.

Пример 103. В треугольной призме АВСA1B1C1 с объёмом 180 см3 проведено сечение через вершину A и середины рёбер BB1 и B1C1 . Найти объём отсеченной части призмы, содержащей ребро

CC1 .

Решение. Обозначим через М и N середины рёбер BB1 и B1C1 соответственно (см. рис. 117). Далее находим точки

S MN CC1 и P SA A1C1 , и в сече-

нии получим четырехугольник APNM .

A1

B1

S

N

P

C1

A

L

B

 

C

 

7

 

6

5

B

4 60

C

8

A

Рис. 116

Решение. Используя формулу Герона, находим площади треугольников (см.

рис. 116) ABD и ABC:

SABD

 

17 9

3 5

и SABC

17 9 1 7

.

 

4

 

4

 

 

 

 

 

04.12.2012

 

 

 

 

 

Рис. 117

Построим точку L MN BC . Пусть Н – высота призмы, Q – площадь основания. Объёмы пирамид SALC , SPNC1 и

MALB обозначим через V2 , V3 , V4 .

Точки М и N – середины ребер, поэтому

BL

1

BC,

CL

3

 

BC. Значит,

S

ALC

 

3

Q .

2

 

 

1

 

2

 

 

 

3

 

 

2

 

Также SC

CC ,

SC

CC

и высота

 

 

 

 

1

2

 

1

 

2

1

 

 

 

 

 

пирамиды SALC равна 3 H . 2

Объём

77

www.alexlarin.net

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Многогранники: типы задач и методы их решения.

V

1

 

3

H S

ALC

 

3

HQ

3

180 135.

 

 

 

 

2

3 2

 

4

4

 

Пирамида SPNC1

подобна пирамиде

SALC с коэффициентом k

1

 

(SC :SC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

1

 

 

1:3). Поэтому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V k3V

 

135

5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

2

27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как М

середина ребра BB1 , то

высота

 

пирамиды

 

MALB

 

 

равна

1

H.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2

 

Кроме

 

 

того

 

 

BL

BC,

поэтому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

ALB

 

 

Q. Значит,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

1

 

1

H S

ALB

 

 

1

HQ

 

1

 

180 15.

 

 

12

12

 

4

3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Объём отсеченной части призмы, содержащей ребро CC1 равен

V2 V3 V4 135 5 15 115 (см3).

Ответ: 115 см3.

Пример 104. (ЕГЭ, 2008). Дан прямо-

угольный параллелепипед ABCDA1B1C1D1.

На его боковых рёбрах AA1 и BB1 лежат точки M и P соответственно так, что

AM :MA1 8:11, B1P: PB 2:1. Во сколько раз объём данного параллелепипеда больше объёма пирамиды с вершиной в точке P , основанием которой является сечение данного параллелепипеда плоскостью BMD1?

Решение. Объём V данного параллелепипеда равен V CB BA BB1 (см. рис. 118). Сечение параллелепипеда плоскостью BMD1 – параллелограмм BND1M , который делит его объём пополам и

C1N 8 (см. опорную задачу 21 в главе

NC 11 3 п. 3.4).

Так

как V

 

 

V

 

V

 

 

 

, то

 

 

 

 

 

 

PBND M

2

 

NC D A MPB

 

 

 

1

 

1

1

1

1

 

 

 

 

 

 

 

найдем

сначала

объём

многогранника

NC1D1A1MPB1. Для этого разобьем его на

04.12.2012

 

 

 

 

 

 

 

 

78

две пирамиды D1NC1B1P и D1PB1A1M и найдем объём каждой из них, учитывая, что противоположные ребра параллелепипеда равны.

 

 

 

 

 

 

8

 

CC

2

BB

 

 

 

 

 

 

19

 

 

 

S

NC B P

 

 

 

1

3

 

1

 

C B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

1 1

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31

CB BB .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

57

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

AA

2

BB

 

 

 

 

 

 

 

 

19

 

 

S

PB AM

 

 

 

1

3

 

 

1

 

AB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

1 1

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

71

AB BB .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

114

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

D1NC1B1P

 

1

D C S

NC1B1P

 

1

 

31

V .

 

 

 

 

3

 

1 1

 

3 57

 

 

 

 

 

 

D1

 

 

 

 

A1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

D

 

B1

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

Рис. 118

V

 

 

1

D A S

 

 

 

1

 

71

V .

 

 

 

 

 

 

 

D1PB1A1M

3

 

1 1

 

PB1A1M

3

 

114

 

 

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

V

 

1

 

31

V

1

 

71

V

V

.

 

 

 

 

 

 

PBND M

 

2

 

 

3

57

 

3

114

9

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: 9.

Треугольную пирамиду можно достроить до параллелепипеда двумя способами.

1-й способ. Треугольник АВС достраиваем до параллелограмма АВЕС, затем до параллелепипеда ABECA1B1E1C1 (см. рис. 119). В этом случае

1

VABCA1 6VABECA1B1E1C1 .

(См. опорную задачу 7 глава 3 п.3.4).

www.alexlarin.net

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Многогранники: типы задач и методы их решения.

E1

B1

C1

A1

E

B

C

A

Рис. 119

2-й способ. Проводим через каждое ребро тетраэдра плоскость, параллельную противоположному ребру (см. рис. 120). В этом случае рёбра исходного тетраэдра являются диагоналями граней получившегося параллелепипеда и

1

VABCD 3VDECFHAGB .

B

H

G

A

F

D

C

E

Рис. 120

Пример 105. В треугольной пирамиде боковые рёбра взаимно перпендикулярны

и имеют длины 70 , 99 и 126 . Найти объём пирамиды.

Решение. Данную пирамиду достраиваем до прямоугольного параллелепипеда. Тогда искомый объём равен

V1 70 99 126 2155 . 6

Ответ: 2155 .

Пример 106. Два противоположных ребра треугольной пирамиды равны а, два других равны b, два оставшихся – с. Найти объём пирамиды.

Решение. Достраиваем данный тетраэдр до параллелепипеда, проводя через каждое ребро плоскость, параллельную противоположному ребру. Согласно условию задачи получаем прямоугольный параллелепипед (диагонали в каждой грани равны). Пусть линейные размеры параллелепипеда соответственно равны AB x, AD y , AA1 z (сделайте рисунок самостоятельно). Исходя из условия, составим систему уравнений

x2 y2 a2,

y2 z2 b2,

2 2 2

z x a .

При сложении уравнений получаем

x2 y2 z2 1(a2 b2 c2). 2

Затем, вычитая из последнего равенства каждое равенство системы, находим

x2 1(a2 b2 c2), 2

y2 1(a2 b2 c2) , 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z2

1

( a2 b2 c2) .

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда искомый объём равен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

xyz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(a2 b2 c2)(a2 b2 c2)( a2 b2 c2) .

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

(a2 b2 c2 )(a2 b2 c2)( a2 b2 c2)

.

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

04.12.2012

79

www.alexlarin.net

Корянов А.Г., Прокофьев А.А. Многогранники: типы задач и методы их решения.

Объём треугольного призматиче-

VDAFE

4 0 0

30 40.

 

 

 

ского тела

A1B1C1A2B2C2 , ограниченного

 

 

3

 

 

 

Ответ: 40.

треугольниками A1B1C1 и A2B2C2 , можно

 

 

 

 

 

 

вычислить по формуле

 

 

Пример 108. (ЕГЭ, 2007). Стороны

VA1B1C1A2B2C2

 

A1A2

B1B2 C1C2

SABC ,

АВ и АD основания прямоугольного па-

 

раллелепипеда ABCDABC D равны 7 и 5

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

соответственно,

1

 

1

1

1

AA1

где плоскость АВС перпендикулярна реб-

боковое

ребро

равно 3. Точки L, K, M лежат на ребрах

рам призматической поверхности (см.

AD, A1B1 , B1C1 так, что

AL: AD 3:5,

рис. 121).

 

 

 

 

 

 

 

В частности,

 

 

 

 

 

A1K : A1B1 4:7,

B1M : B1C1

2:5.

Най-

 

 

 

 

 

ти объём пирамиды с вершиной K и ос-

 

 

 

 

AA2

BB2 CC2

 

 

VABCA B C

 

 

SABC .

нованием AMC L.

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

2

2

2

 

 

 

 

Решение. Треугольник AKB1 является

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A2

 

 

C2

 

 

ортогональной

проекцией

пирамиды

 

 

 

 

 

KAMC1L на плоскость

 

ABB1 (см.

рис.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

123). Найдём необходимые величины:

 

B2

A

C

B

 

C1

A1

B1

Рис. 121

(См. опорную задачу 13 глава 3 п.3.4).

Пример 107. Площадь основания АВС прямой треугольной призмы ABCA1B1C1 равна 30. Точки F, E, D лежат на рёбрах AA1 , BB1 , CC1 соответственно, причем AF 4. Найти объём треугольной пирамиды DAFE.

 

Решение. Данную пирамиду DAFE

 

B1

можно

представить

 

как треугольное приз-

 

E

матическое тело, ог-

C1

раниченное

снизу и

A1

сверху

треугольника-

 

 

ми ADE и FDE соот-

D

 

ветственно,

причем

B

эти

треугольники

 

 

F

имеют

две

общие

 

вершины (см. рис.

 

 

C

A

122).

 

 

 

Находим искомый

 

Рис. 122

объём

 

 

KB

3

7 3, MC

3

5 3,

 

5

1

 

7

 

1

 

 

 

 

 

AL

3

5 3, SAKB

 

1

 

3 3

9

.

 

 

 

5

1

2

 

2

 

Пирамиду KAMC1L можно представить как призматическое тело, ограниченное треугольниками AKM и KLC1, причем эти треугольники имеют одну

B1

M

C1

K

 

 

 

A1

B

 

 

D1

C

A

L D

Рис. 123

общую точку. Тогда искомый объём равен

V

AL MC1 0

SAKB

 

3 3

0

 

9

9.

 

 

 

 

3

1

3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: 9.

04.12.2012

80

www.alexlarin.net

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]