Условие
Основание прямой призмы
ABCA₁
B₁
C₁ ─ равнобедренный треугольник
ABC, в котором
AB =
BC = 5, ∠
ABC = 2 arcsin ⅗. Плоскость, перпендикулярная прямой
A₁
C, пересекает рёбра
AC и
A₁
C₁ в точках
D и
E соответственно, причём
AD = ⅓
AC,
EC₁ = ⅓
A₁
C₁. Найдите площадь сечения призмы этой плоскостью.
Решение
Пусть
M ─ середина основания
AC равнобедренного треугольника
ABC (рис. 1). Из прямоугольного треугольника
AMB находим, что
Тогда
AC = 2
AM = 6,
AD = ⅓
AC = 2,
C₁
E = ⅓
A₁
C₁ = 2.
Поскольку прямая
A₁
C перпендикулярна секущей плоскости (рис. 2), то
A₁
C ⊥
DE. Пусть
O ─ точка пересечения отрезков
A₁
C и
DE. Из равенства прямоугольных треугольников
A₁
OE и
COD (по гипотенузе и острому углу) следует, что
O ─ середина
A₁
C. Поэтому перпендикуляр, опущенный из точки
O на
AC проходит через точку
M, а так как призма прямая, этот перпендикуляр лежит в плоскости грани
AA₁
C₁
C.
Пусть
K ─ точка пересечения секущей плоскости с прямой
AB. Прямая
A₁
C перпендикулярна секущей плоскости, содержащей прямую
DK, поэтому
A₁
C ⊥
DK. По теореме о трёх перпендикулярах,
DK ⊥
AC, так как
AC ─ ортогональная проекция наклонной
A₁
C на плоскость
ABC. Треугольники
Значит, точка
K лежит на отрезке
AB. Аналогично, точка
P пересечения плоскости с прямой
B₁
C₁ лежит на ребре
B₁
C₁. При этом
EP ∥
DK и
EP =
DK.
Пусть прямые
ED и
AA₁ пересекаются в точке
L, прямые
LK и
BB₁ ─ в точке
N. Тогда сечение призмы, о котором говорится в условии задачи, ─ пятиугольник
DKNPE. Его ортогональная проекция на плоскость
ABC ─ пятиугольник
DKBP₂
E₂ (рис. 1, 2), где
P₂ и
E₂ ─ ортогональные проекции на плоскость
ABC точек
P и
E. Тогда
Пусть
h ─ высота (боковое ребро) призмы. Рассмотрим грань
AA₁
C₁
C (рис. 3). Обозначим ∠
A₁
CC₁ = ∠
EE₂
D = α. Из прямоугольных треугольников
CA₁
C₁ и
DEE₂ находим, что
Так как
CD ⊥
KD и
ED ⊥
KD, угол
EDC ─ линейный угол двугранного угла между секущей плоскостью и плоскостью
ABC, а поскольку ∠
EDC = α = 60°, то, по теореме о площади ортогональной проекции многоугольника,
Источники и прецеденты использования
|
web-сайт |
Название |
Система задач по геометрии Р.К.Гордина |
URL |
http://zadachi.mccme.ru |
задача |
Номер |
8921 |