15

Решение: Плоскость в треугольной призме

ЕГЭ · Математика, профиль · Задание 15 · Стереометрия
ВысокаяФИПИFA228BРазвёрнутое решение≈ 15 минутРазбор в 6 шагов
Условие

В основании прямой призмы $ABC A_1B_1C_1$ лежит равнобедренный треугольник $ABC$ с основанием $AB$. Точка $P$ делит ребро $AB$ в отношении $AP:PB=1:3$, а точка $Q$ — середина ребра $A_1C_1$. Через середину $M$ ребра $BC$ провели плоскость $\alpha$, перпендикулярную отрезку $PQ$. а) Докажите, что плоскость $\alpha$ делит ребро $AC$ пополам. б) Найдите отношение, в котором плоскость $\alpha$ делит ребро $A_1C_1$, считая от точки $A_1$, если известно, что $AB=AA_1$, $AB:BC=2:5$.

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

6 шагов
1

Выберем масштаб так, чтобы $AB=AA_1=2$. Так как $AB:BC=2:5$, получаем $BC=AC=5$. Поместим призму в координатную систему: $A(0,0,0)$, $B(2,0,0)$, $A_1(0,0,2)$. Поскольку треугольник $ABC$ равнобедренный, точка $C$ имеет абсциссу $1$. Из условия $BC=5$ получаем $1^2+y_C^2=5^2$, поэтому $C(1,\sqrt{24},0)$.

2

Найдём координаты заданных точек: $P(\frac12,0,0)$, $Q(\frac12,\frac{\sqrt{24}}2,2)$, $M(1,\frac{\sqrt{24}}2,0)$. Поэтому $\overrightarrow{PQ}=(0,\frac{\sqrt{24}}2,2)$.

3

Так как плоскость $\alpha$ перпендикулярна отрезку $PQ$, вектор $\overrightarrow{PQ}$ является нормалью к этой плоскости. Уравнение плоскости, проходящей через $M$, имеет вид $\overrightarrow{PQ}\cdot\overrightarrow{MX}=0$, то есть $\frac{\sqrt{24}}2(y-\frac{\sqrt{24}}2)+2z=0$.

4

Любая точка ребра $AC$ имеет вид $X(t,t\sqrt{24},0)$. Подставляя эти координаты в уравнение плоскости, получаем $\frac{\sqrt{24}}2(t\sqrt{24}-\frac{\sqrt{24}}2)=0$, откуда $t=\frac12$. Следовательно, плоскость пересекает $AC$ в его середине. Это доказывает пункт а).

5

Точка ребра $A_1C_1$ делит его в доле $t$ от точки $A_1$ и имеет координаты $X(t,t\sqrt{24},2)$. Подставим их в уравнение плоскости: $\frac{\sqrt{24}}2(t\sqrt{24}-\frac{\sqrt{24}}2)+4=0$. После упрощения получаем $12t-6+4=0$, поэтому $t=\frac16$.

Значит, отрезок $A_1C_1$ разделён плоскостью в отношении $A_1X:XC_1=\frac16:\frac56=1:5$.

Ответ

Плоскость $\alpha$ делит $AC$ пополам, а ребро $A_1C_1$ — в отношении $1:5$, считая от точки $A_1$.

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

Где здесь ошибаются

Неверно принимают нормаль к плоскости за направляющий вектор самой плоскости.

Забывают, что высота призмы равна $AA_1=AB$.

При вычислении доли на ребре $A_1C_1$ считают расстояние от точки $C_1$, а не от точки $A_1$.

Не учитывают координату $z=2$ для точек верхнего ребра $A_1C_1$.

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 6 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.