Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 13 № 1960
i

До­ка­жи­те, что се­че­ние мно­го­гран­ни­ка, про­хо­дя­щее через точки M, N и P  — тра­пе­ция, и най­ди­те пло­щадь этого се­че­ния. Счи­тай­те, что мно­го­гран­ник пра­виль­ный, длины всех рёбер равны 1, точки M, N и P  — вер­ши­ны или се­ре­ди­ны рёбер.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Точки M и N лежат в одной плос­ко­сти, сле­до­ва­тель­но, через них можем про­ве­сти пря­мую. След этой пря­мой  — не­ви­ди­мый от­ре­зок MN. Ана­ло­гич­но по­лу­ча­ем ви­ди­мый от­ре­зок MP. Про­длим пря­мую MN и про­ве­дем пря­мую, про­хо­дя­щую через точку P, до точки пе­ре­се­че­ния S. Пря­мая PS пе­ре­се­чет ребро B_1C_1 в точке Q, по­лу­ча­ем не­ви­ди­мый от­ре­зок QP. Точки N и Q лежат в одной плос­ко­сти, сле­до­ва­тель­но, через них можем про­ве­сти пря­мую. След этой пря­мой  — ви­ди­мый от­ре­зок NQ. По­лу­чим MNQP  — ис­ко­мое се­че­ние.

Из усло­вия N, M, P  — се­ре­ди­ны сто­рон. Так как дана пра­виль­ная тре­уголь­ная приз­ма, то в ос­но­ва­нии лежат два рав­ных пра­виль­ных тре­уголь­ни­ка. Зна­чит, точка Q се­ре­ди­на сто­ро­ны по по­стро­е­нию. Тогда NQ яв­ля­ет­ся сред­ней ли­ни­ей и па­рал­лель­на A_1C_1, а A_1C_1 па­рал­лель­на MP. Тогда MNQP  — тра­пе­ция.

Приз­ма пра­виль­ная, все ребра ко­то­рой равны по усло­вию, точка Q се­ре­ди­на сто­ро­ны по по­стро­е­нию, тогда MN=PQ, сле­до­ва­тель­но, тра­пе­ция рав­но­бед­рен­ная, ее пло­щадь равна по­лу­сум­ме ос­но­ва­ний на вы­со­ту. Как было ска­за­но, NQ  — сред­няя линия тре­уголь­ни­ка A_1B_1C_1, тогда NQ= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . Пусть QF, NH  — вы­со­ты тра­пе­ции. Рас­смот­рим пря­мо­уголь­ный тре­уголь­ник MNA_1, где \angle MA_1N=90 гра­ду­сов(так как приз­ма пра­виль­ная), MA_1=A_1N= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . По тео­ре­ме Пи­фа­го­ра най­дем MN:

MN в квад­ра­те = левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те плюс левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те рав­но­силь­но MN= дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

Так как тра­пе­ция рав­но­бед­рен­ная, тре­уголь­ни­ки MNH и PFQ равны, тогда MH=FP, а HF=QN= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . Сле­до­ва­тель­но, MH=FP= дробь: чис­ли­тель: 1 минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби . Рас­смот­рим пря­мо­уголь­ный тре­уголь­ник MNH, в ко­то­ром MH= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби , MN= дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . По тео­ре­ме Пи­фа­го­ра най­дем NH:

 левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те =NH в квад­ра­те плюс левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те рав­но­силь­но NH= дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 7 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби .

Най­дем пло­щадь тра­пе­ции:

S_MNQP= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 7 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 7 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 16 конец дроби .

Ответ:  дробь: чис­ли­тель: 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 7 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 16 конец дроби .


Аналоги к заданию № 1960: 1961 Все