15

Решение: Угол между плоскостями параллелепипеда

ЕГЭ · Математика, профиль · Задание 15 · Стереометрия
ВысокаяФИПИE95564Развёрнутое решение≈ 15 минутРазбор в 8 шагов
Условие

На ребре $AA_1$ прямоугольного параллелепипеда $ABCDA_1B_1C_1D_1$ взята точка $E$ так, что $A_1E:EA=1:2$, на ребре $BB_1$ — точка $F$ так, что $B_1F:FB=1:5$, а точка $T$ — середина ребра $B_1C_1$. Известно, что $AB=2$, $AD=6$, $AA_1=6$.

а) Докажите, что плоскость $EFT$ проходит через вершину $D_1$. б) Найдите угол между плоскостью $EFT$ и плоскостью $AA_1B_1$.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

8 шагов
1

Введём прямоугольную систему координат: $A(0,0,0)$, ось $Ox$ направим вдоль $AB$, ось $Oy$ — вдоль $AD$, ось $Oz$ — вдоль $AA_1$. Тогда $B(2,0,0)$, $D(0,6,0)$, $A_1(0,0,6)$, $B_1(2,0,6)$, $C_1(2,6,6)$, $D_1(0,6,6)$.

2

Так как $A_1E:EA=1:2$, точка $E$ делит ребро $A_1A$ так, что $A_1E=2$, поэтому $E(0,0,4)$. Из условия $B_1F:FB=1:5$ получаем $B_1F=1$, поэтому $F(2,0,5)$. Точка $T$ — середина $B_1C_1$, следовательно, $T(2,3,6)$.

3

Найдём два направляющих вектора плоскости $EFT$: $\overrightarrow{EF}=(2,0,1)$ и $\overrightarrow{ET}=(2,3,2)$. Их векторное произведение является нормалью к этой плоскости:

$$\vec n=\overrightarrow{EF}\times\overrightarrow{ET}=(-3,-2,6)$$
4

Вектор $\overrightarrow{ED_1}=(0,6,2)$. Проверим его перпендикулярность нормали плоскости $EFT$:

$$\vec n\cdot\overrightarrow{ED_1}=(-3)\cdot0+(-2)\cdot6+6\cdot2=0$$
5

Следовательно, отрезок $ED_1$ параллелен плоскости $EFT$. Поскольку точка $E$ принадлежит плоскости $EFT$, плоскость, проходящая через $E$ и параллельная прямой $ED_1$, содержит точку $D_1$. Значит, $D_1\in(EFT)$, то есть плоскость $EFT$ проходит через вершину $D_1$.

6

Плоскость $AA_1B_1$ задаётся условием $y=0$, поэтому её нормальный вектор можно взять равным $\vec m=(0,1,0)$. Угол между плоскостями равен острому углу между их нормальными векторами.

$$\cos\varphi=\frac{|\vec n\cdot\vec m|}{|\vec n|\,|\vec m|}$$
7

Вычислим длины и скалярное произведение нормалей:

$$\vec n\cdot\vec m=2,\quad |\vec n|=\sqrt{(-3)^2+(-2)^2+6^2}=7,\quad |\vec m|=1$$

Поэтому искомый угол удовлетворяет равенству:

$$\cos\varphi=\frac{2}{7},\quad \varphi=\arccos\frac{2}{7}\approx73{,}4^\circ$$
Ответ

Плоскость $EFT$ проходит через $D_1$. Угол между плоскостями равен $\varphi=\arccos\dfrac{2}{7}\approx73{,}4^\circ$.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Неверно определить координату точки $E$: из отношения $A_1E:EA=1:2$ следует $A_1E=2$, а не $4$.

Неверно определить координату точки $F$: из отношения $B_1F:FB=1:5$ следует $B_1F=1$.

Использовать угол между нормалями без взятия модуля скалярного произведения.

Забыть, что угол между плоскостями выбирается острым.

Закрепить приёмВ теме «Стереометрия» ещё 118 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 15 ЕГЭ, математика, профиль

Разбор этой задачи разложен на 8 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Стереометрия»: в ней 119 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.