C22013
.pdfКорянов 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