Как найти угол между ребрами параллелепипеда abcda1b1c1d1

Перед вами очередная статья с параллелепипедами. Представленные задания просты, вычислений никаких нет или их минимум. Рассматриваются кубы и прямоугольные параллелепипеды. Важно грамотно выполнить построения и знать элементарные свойства. Например, в данных заданиях используются:

1. В равностороннем треугольнике все его углы равны 60 градусам.
2. Диагонали граней куба равны.
3. Диагонали прямоугольника равны и точкой пересечения делятся пополам.
4. Необходимо понимание понятия —  скрещивающиеся прямые.

Напомню какая призма является правильной.

Правильная призма – это призма основания которой — правильные многоугольники, боковые рёбра расположены под прямым углом к основаниям.  Например, правильная треугольная призма – это прямая призма, основания которой равносторонние треугольники.

Правильная четырёхугольная призма – это прямая призма, основания которой являются квадратами. Понятно, что такая призма является прямоугольным  параллелепипедом.

Правильная шестиугольная призма – это прямая призма, основания которой являются правильными шестиугольниками. Рассмотрим задачи:

315130. В кубе ABCDA₁B₁C₁D₁  точка К  — середина ребра АA₁, точка L  — середина ребра A₁B₁, точка M — середина ребра A₁D₁. Найдите угол MLK. Ответ дайте в градусах.

Построим куб, обозначим его вершины и точки K, M  и L.

Так как данные точки являются серединами ребёр, то отрезки KM, ML, KL будут равны между собой. Это означает, что треугольник KML равносторонний. Известно, что в равностороннем треугольнике его углы равны по 60 градусов. Таким образом, угол MLK равен 60⁰.

Ответ: 60

316554. В кубе ABCDA₁B₁C₁D₁  найдите угол между прямыми АD₁ и B₁D₁. Ответ дайте в градусах.

Построим куб, обозначим вершины и данные отрезки, также построим отрезок АВ₁.

Отрезки АD₁, B₁D₁ и АD₁ являются диагоналями граней куба, то есть все они равны, значит треугольник АD₁B₁ является равносторонним. Известно, что в равностороннем треугольнике его углы равны по 60 градусов.

Таким образом, угол между прямыми АD₁  и B₁D₁ равен 60⁰.

Ответ: 60

318474. В прямоугольном параллелепипеде ABCDA₁B₁C₁D₁  известны длины рёбер AB = 8, AD = 6, AA₁ = 21. Найдите синус угла между прямыми CD  и A₁C₁.

Построим  отрезки CD  и A₁C₁:

В данной задаче имеем скрещивающиеся прямые, то есть сами они не имеют общей точки пересечения. Но этот угол между скрещивающимся прямыми определяется. Как?

Простыми словами: если вы мысленно представите в пространстве две непараллельные прямые, то всегда существует такой перпендикуляр, который их соединяет. Так вот, если мы параллельным переносом сдвинем одну прямую к другой по этому перпендикуляру до пересечения этих прямых, то полученный между ними угол и будет тем самым искомым углом.

В кубах и параллелепипедах, где прямые проходят через рёбра и диагонали  такие углы определить несложно. А вот в части С присутствуют задания со скрещивающимися прямыми на порядок сложнее.

Вернёмся к нашей задаче.

Мысленно сдвинем отрезок CD вдоль перпендикуляра  СC₁ до пересечения с  прямой  A₁C₁.  Получается, что необходимо найти синус угла между A₁C₁ и C₁D₁. Это мы можем сделать воспользовавшись определением синуса в прямоугольном треугольнике А₁C₁D₁.  Найдём:

По определению синуса:

Ответ: 0,6

318475. В правильной четырёхугольной призме ABCDA₁B₁C₁D₁  известно, что AC₁ = 2BC. Найдите острый угол между диагоналями BD₁ и CA₁. Ответ дайте в градусах.

Построим правильную четырёхугольную призму, обозначим вершины, построим диагонали BD₁ и CA₁:

Сразу отметим, что диагонали  BD₁  и CA₁ являются диагоналями прямоугольника A₁BCD₁, то есть они равны между собой и равны диагонали AC₁ (так как призма правильная четырехугольная).

Известно, что диагонали прямоугольника равны и точкой пересечения делятся пополам, то есть:

A₁С = D₁B

A₁O = ОС     и     D₁O = ОB

A₁O = ОС = D₁O = ОB

В условии сказано, что AC₁ = 2BC, значит имеем  BD₁ = CA₁ = 2BC. На основании изложенного можем сделать вывод о том, что:

BO = ОС = BC      и       A₁O = ОD₁ = A₁D₁

то есть  треугольники BОС и A₁OD₁ равносторонние.

Таким образом, угол острый между диагоналями равен  60⁰.

Ответ: 60

В данных заданиях используется теорема Пифагора, для нахождения углов необходимо владеть понятиями синуса, косинуса, тангенса и котангенса острого угла в прямоугольном треугольнике.

245359. Найдите квадрат расстояния между вершинами C и A₁ прямоугольного параллелепипеда, для которого AB = 5, AD = 4,      AA₁ = 3.

Посмотреть решение

245360. Найдите расстояние между вершинами A и D₁ прямоугольного параллелепипеда, для которого AB = 5, AD = 4, AA₁ = 3.

Посмотреть решение

245361. Найдите угол ABD₁ прямоугольного параллелепипеда, для которого AB = 5, AD = 4, AA₁ = 3. Ответ дайте в градусах.

Посмотреть решение

245362. Найдите угол C₁BC прямоугольного параллелепипеда, для которого AB = 5, AD = 4, AA₁ = 4. Ответ дайте в градусах.

Посмотреть решение

245363. Найдите угол DBD₁ прямоугольного параллелепипеда, для которого AB = 4, AD = 3, AA₁ = 5. Ответ дайте в градусах.

Посмотреть решение

284357. В прямоугольном параллелепипеде ABCDA₁B₁C₁D₁ известно, что BD₁ = 3, CD = 2, AD = 2. Найдите длину ребра AA₁.

Посмотреть решение

284363. В прямоугольном параллелепипеде ABCDA₁B₁C₁D₁ известно, что DD₁ = 1, CD = 2, AD = 2. Найдите длину диагонали CA₁.

Посмотреть решение

На этом всё. Успеха вам!

С уважением, Александр.

P.S: Буду благодарен Вам, если расскажете о сайте в социальных сетях.

Прямоугольный параллелепипед

Параллелепипед называется прямоугольным, если его боковые ребра перпендикулярны к основанию, а основания представляют собой прямоугольники.

На рисунке изображен прямоугольный параллелепипед $ABCDA_1B_1C_1D_1$. Его основаниями являются прямоугольники $ABCD$ и $A_1B_1C_1D_1$, а боковые ребра $AA_1, BB_1, CC_1$ и $DD_1$ перпендикулярны к основаниям.

Свойства прямоугольного параллелепипеда:

1. В прямоугольном параллелепипеде $6$ граней и все они являются прямоугольниками.
2. Противоположные грани попарно равны и параллельны.
3. Все двугранные углы прямоугольного параллелепипеда – прямые.
4. Диагонали прямоугольного параллелепипеда равны.
5. Прямоугольный параллелепипед имеет $4$ диагонали, которые пересекаются в одной точке и делятся в ней пополам.
6. Любая грань прямоугольного параллелепипеда может быть принята за основание.
7. Прямоугольный параллелепипед, у которого все ребра равны, называется кубом.
8. Квадрат диагонали прямоугольного параллелепипеда равен сумме квадратов трех его измерений (длины, ширины, высоты).

Формулы вычисления объема и площади поверхности прямоугольного параллелепипеда.

Чтобы были понятны формулы, введем обозначения:

$с$ — высота(она же боковое ребро);

$P_<осн>$ — периметр основания;

$S_<осн>$ — площадь основания;

$S_<бок>$ — площадь боковой поверхности;

$S_<п.п>$ — площадь полной поверхности;

$V=a·b·c$ – объем равен произведению трех измерений прямоугольного параллелепипеда.

$S_<бок>=P_<осн>·c=2(a+b)·c$ – площадь боковой поверхности равна произведению периметра основания на боковое ребро.

Дополнительные сведения, которые пригодятся для решения задач:

$а$ — длина стороны.

$d=a√3$ – диагональ равна длине стороны, умноженной на $√3$.

Пирамида

Пирамидой называется многогранник, одна грань которого (основание) – многоугольник, а остальные грани (боковые) — треугольники, имеющие общую вершину.

Высотой ($h$) пирамиды является перпендикуляр, опущенный из ее вершины на плоскость основания.

Объем любой пирамиды равен трети произведения основания и высоты.

В основании у произвольной пирамиды могут лежать различные многоугольники, рассмотрим площади некоторых из них.

В основании лежит треугольник.

• $S=/<2>$, где $h_a$ — высота, проведенная к стороне $а$.
• $S=/<2>$, где $a,b$ — соседние стороны, $α$ — угол между этими соседними сторонами.
• Формула Герона $S=√$, где $р$ — это полупериметр $p=/<2>$.
• $S=p·r$, где $r$ — радиус вписанной окружности.
• $S=/<4R>$, где $R$ — радиус описанной окружности.
• Для прямоугольного треугольника $S=/<2>$, где $а$ и $b$ — катеты прямоугольного треугольника.
• Для равностороннего треугольника $S=/<4>$, где $а$ — длина стороны.

В основании лежит четырехугольник.

1. Прямоугольник.
   $S=a·b$, где $а$ и $b$ — смежные стороны.
2. Ромб.
   $S=/<2>$, где $d_1$ и $d_2$ — диагонали ромба.
   $S=a^2·sin⁡α$, где $а$ — длина стороны ромба, а $α$ — угол между соседними сторонами.
3. Трапеция.
   $S=<(a+b)·h>/<2>$, где $а$ и $b$ — основания трапеции, $h$ — высота трапеции.
4. Квадрат.
   $S=a^2$, где $а$ — сторона квадрата.

Найдите объём многогранника, вершинами которого являются точки $C, A_1, B_1, C_1, D_1$ параллелепипеда $ABCDA_1B_1C_1D_1$, у которого $AB=8, AD=12, AA_1=4$.

Изобразим прямоугольный параллелепипед и на нем отметим вершины многогранника $C, A_1, B_1, C_1, D_1$, получим в итоге четырехугольную пирамиду. В основании пирамиды лежит прямоугольник, так основание пирамиды и прямоугольного параллелепипеда совпадают.

Объем пирамиды, в основании которой лежит прямоугольник

Для нашего рисунка стороны прямоугольника – это $А_1В_1$ и $A_1D_1$.

В прямоугольном параллелепипеде противоположные ребра равны и параллельны, следовательно, $AB=А_1В_1=8; AD=A_1D_1=12$.

Высотой в пирамиде $CA_1B_1C_1D_1$ будет являться ребро $СС_1$, так как оно перпендикулярно основанию (из прямоугольного параллелепипеда).

В прямоугольном треугольнике сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы.

Прямоугольный параллелепипед. Что это такое?

О чем эта статья:

10 класс, ЕГЭ/ОГЭ

Определение параллелепипеда

Начнем с того, что узнаем, что такое параллелепипед.

Параллелепипедом называется призма, основаниями которой являются параллелограммы. Другими словами, параллелепипед — это многогранник с шестью гранями. Каждая грань — параллелограмм.

На рисунке два параллелограмма АВСD и A₁B₁C₁D₁. Основания параллелепипеда, расположены параллельно друг другу в плоскостях. А боковые ребра АA₁, ВB₁, CC₁, DD₁ параллельны друг другу. Образовавшаяся фигура — параллелепипед.

Внимательно рассмотрите, как выглядит параллелепипед и каковы его составляющие.

Когда пересекаются три пары параллельных плоскостей, образовывается параллелепипед.

Основанием параллелепипеда является, в зависимости от его типа: параллелограмм, прямоугольник, квадрат.

Параллелепипед — это:

Свойства параллелепипеда

Быть параллелепипедом ー значит неотступно следовать законам геометрии. Иначе можно скатиться до простого параллелограмма.

Вот 4 свойства параллелепипеда, которые необходимо запомнить:

1. Противолежащие грани параллелепипеда равны и параллельны друг другу.
2. Все 4 диагонали параллелепипеда пересекаются в одной точке и делятся этой точкой пополам.
3. Параллелепипед симметричен относительно середины его диагонали.
4. Квадрат длины диагонали прямоугольного параллелепипеда равен сумме квадратов трёх его измерений.

Подготовка к ЕГЭ по математике онлайн в школе Skysmart — отличный способ освежить знания и снять стресс перед экзаменом.

Прямой параллелепипед

Прямой параллелепипед — это параллелепипед, у которого боковые ребра перпендикулярны основанию.

Основание прямого параллелепипеда — параллелограмм. В прямом параллелепипеде боковые грани — прямоугольники.

Свойства прямого параллелепипеда:

1. Основания прямого параллелепипеда — одинаковые параллелограммы, лежащие в параллельных плоскостях.
2. Боковые ребра прямого параллелепипеда равны, параллельны и перпендикулярны плоскостям оснований.
3. Высота прямого параллелепипеда равна длине бокового ребра.
4. Противолежащие боковые грани прямого параллелепипеда — равные прямоугольники.
5. Диагонали прямого параллелепипеда точкой пересечения делятся пополам.

На слух все достаточно занудно и сложно, но на деле все свойства просто описывают фигуру. Внимательно прочтите вслух каждое свойство, разглядывая рисунок параллелепипеда после каждого пункта. Все сразу встанет на места.

Формулы прямого параллелепипеда:

• Площадь боковой поверхности прямого параллелепипеда
  Sб = Ро*h
  Ро — периметр основания
  h — высота
• Площадь полной поверхности прямого параллелепипеда
  Sп = Sб+2Sо
  Sо — площадь основания
• Объем прямого параллелепипеда
  V = Sо*h

Прямоугольный параллелепипед

Определение прямоугольного параллелепипеда:

Прямоугольным параллелепипедом называется параллелепипед, у которого основание — прямоугольник, а боковые ребра перпендикулярны основанию.

Внимательно рассмотрите, как выглядит прямоугольный параллелепипед. Отметьте разницу с прямым параллелепипедом.

Свойства прямоугольного параллелепипеда

Прямоугольный параллелепипед обладает всеми свойствами произвольного параллелепипеда.

1. Прямоугольный параллелепипед содержит 6 граней. Все грани прямоугольного параллелепипеда — прямоугольники.
2. Противолежащие грани параллелепипеда попарно параллельны и равны.
3. Все углы прямоугольного параллелепипеда, состоящие из двух граней — 90°.
4. Диагонали прямоугольного параллелепипеда равны.
5. В прямоугольный параллелепипеде четыре диагонали, которые пересекаются в одной точке и делятся этой точкой пополам.
6. Любая грань прямоугольного параллелепипеда может быть принята за основание.
7. Если все ребра прямоугольного параллелепипеда равны, то такой параллелепипед является кубом.
8. Квадрат диагонали прямоугольного параллелепипеда равен сумме квадратов трех его измерений (длины, ширины, высоты).

Формулы прямоугольного параллелепипеда:

• Объем прямоугольного параллелепипеда
  V = a · b · h
  a — длина, b — ширина, h — высота
• Площадь боковой поверхности
  Sбок = Pосн·c=2(a+b)·c
  Pосн — периметр основания, с — боковое ребро
• Площадь поверхности
  Sп.п = 2(ab+bc+ac)

Диагонали прямоугольного параллелепипеда: теорема

Не достаточно просто знать свойства прямоугольного параллелепипеда, нужно уметь их доказывать.

Если есть теорема, нужно ее доказать. (с) Пифагор

Теорема: Квадрат диагонали прямоугольного параллелепипеда равен сумме квадратов трех его измерений.

В данном случае, три измерения — это длина, ширина, высота. Длина, ширина и высота — это длины трех ребер, исходящих из одной вершины прямоугольного параллелепипеда.

Дан прямоугольный параллелепипед ABCDA₁B₁C₁D₁. Доказать теорему.

Доказательство теоремы:

Чтобы найти диагональ прямоугольного параллелепипеда, помните, что диагональ — это отрезок, соединяющий противоположные вершины.

Все грани прямоугольного параллелепипеда — прямоугольники.

ΔABD: ∠BAD = 90°, по теореме Пифагора

ΔB₁BD: ∠B₁BD = 90°, по теореме Пифагора

d² = d₁² + c² = a² + b² + c²

d² = a² + b² + c²

Доказанная теорема — пространственная теорема Пифагора.

Куб: определение, свойства и формулы

Кубом называется прямоугольный параллелепипед, все три измерения которого равны.

Каждая грань куба — это квадрат.

Свойства куба:

1. В кубе 6 граней, каждая грань куба — квадрат.
2. Противолежащие грани параллельны друг другу.
3. Все углы куба, образованные двумя гранями, равны 90°.
4. У куба четыре диагонали, которые пересекаются в центре куба и делятся пополам.
5. Диагонали куба равны.
6. Диагональ куба в √3 раз больше его ребра.
7. Диагональ грани куба в √2 раза больше длины ребра.

Помимо основных свойств, куб характеризуется умением вписывать в себя тетраэдр и правильный шестиугольник.

Формулы куба:

• Объем куба через длину ребра a
  V = a3
• Площадь поверхности куба
  S = 6a2
• Периметр куба
  P = 12a

Решение задач

Чтобы считать тему прямоугольного параллелепипеда раскрытой, стоит потренироваться в решении задач. 10 класс — время настоящей геометрии для взрослых. Поэтому, чем больше практики, тем лучше. Разберем несколько примеров.

Задачка 1. Дан прямоугольный параллелепипед. Нужно найти сумму длин всех ребер параллелепипеда и площадь его поверхности.

Для наглядного решения обозначим измерения прямоугольного параллелепипеда: a — длина, b — ширина, c — высота. Тогда a = 10, b = 5, c = 8.

Так как в прямоугольном параллелепипеде всего по 4 — высота, ширина и длина, и все измерения равны между собой, то:
1) 4 * 10 = 40 (см) — сумма длин параллелепипеда;
2) 4 * 5 = 20 (см) — суммарное значение ширины параллелепипеда;
3) 4 * 8 = 32 (см) — сумма высот параллелепипеда;
4) 40 + 20 + 32 = 92 (см) — сумма длин всех ребер прямоугольного параллелепипеда.

Отсюда можно вывести формулу по нахождению суммы длин всех сторон ПП:
X = 4a + 4b + 4c (где X — сумма длин ребер).

Формула нахождения площади поверхности параллелепипеда Sп.п = 2(ab+bc+ac).
Тогда: S = (5*8 + 8*10 + 5*10) * 2 = 340 см2.

Задачка 2. Дан прямоугольный параллелепипед АВСDA₁B₁C₁D₁.

Нужно найти длину ребра A₁B₁.

В фокусе внимания треугольник BDD1.
Угол D = 90°.

По теореме Пифагора:
BD₁ 2 = DD₁ 2 + BD 2
BD 2 = BD₁ 2 – DD₁ 2
BD 2 = 26 – 9 = 17
BD = √17
В треугольнике ADB угол А = 90°.
BD 2 = AD 2 + AB 2
AB 2 = BD 2 — AD 2 = (√17)2 — 4 2 = 1
A₁B₁ = AB = 1.

Задачка 3. Дан прямоугольный параллелепипед АВСDA₁B₁C₁D₁.

AB = 4
AD = 6
AA₁= 5
Нужно найти отрезок BD₁.

В треугольнике ADB угол A = 90°.

По теореме Пифагора:
BD 2 = AB 2 +AD 2
BD 2 = 4 2 + 6 2 = 16 + 36 = 52
В треугольнике BDD₁ угол D = 90°.
BD₁ 2 = 52 + 25 = 77
BD₁ = √77.

Самопроверка

Теперь потренируйтесь самостоятельно — мы верим, что все получится!

Задачка 1. Дан прямоугольный параллелепипед. Измерения (длина, ширина, высота) = 8, 10, 20. Найдите диагональ параллелепипеда.

Подсказка: если нужно выяснить, чему равна диагональ прямоугольного параллелепипеда, вспоминайте теорему.

Задачка 2. Дан прямоугольный параллелепипед АВСDA₁B₁C₁D₁.

Вычислите длину ребра AA₁.

Как видите, самое страшное в параллелепипеде — 14 букв в названии. Чтобы не перепутать прямой параллелепипед с прямоугольным, а ребро параллелепипеда с длиной диагонали параллелепипеда, вот список основных понятий:

• прямой параллелепипед — это параллелепипед, у которого боковые ребра перпендикулярны основанию;
• параллелепипед называется прямоугольным, когда его боковые ребра перпендикулярны к основанию;
• основание прямоугольного параллелепипеда — прямоугольник;
• три измерения прямоугольного параллелепипеда: длина, ширина, высота;
• диагональ параллелепипеда равна сумме квадратов его измерений.

Стереометрия. Страница 5

1. Двугранный, трехгранный углы

Двугранный угол представляет собой фигуру, образованную двумя полуплоскостями и общей ограничивающей их прямой. Полуплоскости называются гранями двугранного угла, а прямая, ограничивающая их, — ребром (Рис.1).

Если провести плоскость, перпендикулярную ребру двугранного угла, то она пересечет его грани по двум полупрямым. Угол, образованный между двумя этими полупрямыми, называется линейным углом двугранного угла.

Градусная мера двугранного угла равна градусной мере линейного угла. Величина двугранного угла не зависит от выбора линейного угла, т.е. плоскости, перпендикулярной ребру двугранного угла.

7. Правильные многогранники

Если выпуклый многогранник имеет все грани правильные многоугольники с равным числом сторон и в каждой вершине многоугольника сходится одно и то же число ребер, то такой многогранник называется правильным.

Существует пять типов правильных выпуклых многогранников: правильный тетраэдр, куб, октаэдр, додекаэдр, икосаэдр.

Тетраэдр это многогранник, у которого грани правильные треугольники.

Куб это многогранник, у которого все грани — квадраты.

Октаэдр — многогранник, который представляет собой две пирамиды с общим основанием. Основание этих пирамид — квадрат.

Додекаэдр это многогранник, у которого грани правильные пятиугольники. В каждой вершине сходится по три ребра.

Икосаэдр это многогранник, у которого грани правильные треугольники. В каждой вершине сходится по пять ребер.

8. Пример 1

Докажите, что сечение призмы, параллельное основаниям, равно основаниям.

Доказательство:

Пусть дана призма АВСA’B’C’ (Рис.7). Основания призмы равны и являются треугольниками. Они лежат в параллельных плоскостях и совмещаются параллельным переносом. Отсюда следует, что боковые ребра параллельны и равны.

Если провести плоскость α, параллельную основаниям, то в сечении получится такое же основание. Так как сторона A»C» параллельна АС, A»B» — AB, B»C» — BC. А так как боковые ребра AA’, BB’, CC’ параллельны, то АА»C»C, AA»B»B, BB»C»C прямоугольники (параллелограммы, если АВСA’B’C’ наклонная призма).

Отсюда следует, что A»C» = AC, A»B» = AB, B»C» = BC. Таким образом, треугольник A»B»C» равен треугольнику АВС и A’B’C’ соответственно. Отсюда можно сделать и общий вывод: если в основании призмы будет лежать како-либо многоугольник, то в сечении, параллельном основаниям, получится такой же многоугольник.

Рис.7 Задача. Докажите, что сечение призмы.

Пример 2

Боковое ребро наклонной призмы равно 16 м. Оно наклонено к плоскости основания под углом 30°. Найдите высоту призмы.

Решение:

Пусть дана наклонная призма АВСA’B’C’ (Рис. 8). Рассмотрим нижнее основание — треугольник АВС. Проведем прямую а через точку А в плоскости основания, перпендикулярную A’A. Проведем также прямую АР, перпендикулярную прямой а. Таким образом, прямая АР является проекцией наклонной A’A на плоскость основания. А плоскость, в которой лежит треугольник AA’P, перпендикулярна плоскости основания.

Рассмотрим треугольник AA’P. Угол A’AP равен 30° по условию задачи. Опустим высоту A’O. В прямоугольном треугольнике AA’O найдем A’O.

sin 30° = A’O / AA’ . Отсюда:

A’O = AA’ sin 30° = 16 / 2 = 8 м.

Рис.8 Задача. Боковое ребро наклонной призмы равно 15 м.

Пример 3

В правильной четырехугольной призме через середины двух смежных сторон основания проведена плоскость, пересекающая три боковые ребра и наклоненная к плоскости основания под углом 60°. Сторона основания равна 8 м. Найдите площадь полученного сечения.

Решение:

Пусть дана правильна четырехугольная призма АВСDA’B’C’D’ (Рис. 9). Заметим, что многоугольник PBCDF является проекцией многоугольника PKHSF на плоскость основания, площадь которого необходимо найти. Следовательно, найдем площадь многоугольника PBCDF.

S_PBCDF = 8 2 — (8/2) 2 /2 = 56 м 2

Теперь найдем площадь многоугольника PKHSF из формулы:

S_PKHSF = S_PBCDF / cos 60° = 56 / 1 / 2 = 112 м 2

Рис.9 Задача. В правильной четырехугольной призме.

Пример 4

Боковая поверхность правильной четырехугольной призмы 12 м 2 . А полная поверхность 20 м 2 . Найдите высоту призмы.

Решение:

Пусть дана правильная четырехугольная призма АВСDA’B’C’D’ (Рис. 10). Так как призма имеет четыре боковые грани, то площадь одной боковой грани составляет 1/4 часть боковой поверхности.

S_AA’D’D = S_бок / 4 = 12 / 4 = 3 м 2

Площадь основания призмы равна половине разности площадей между полной поверхностью призмы и ее боковой поверхностью.

2 S_ABCD = S_пол — S_бок = 20 — 12 = 8 м 2

Так как площадь боковой грани составляет 3 м 2 , то высоту призмы, т.е. AA’, можно найти из формулы:

Следовательно, высота призмы составляет 3 / 2 м.

Рис.10 Задача. Боковая поверхность правильной четырехугольной призмы.

Пример 5

Основание пирамиды — ромб с диагоналями 6 м и 8 м. Высота пирамиды проходит через точку пересечения диагоналей ромба и равна 7 м. Найдите боковую поверхность пирамиды.

Решение:

Пусть дана пирамида АВСDS (Рис. 11). Основание пирамиды — ромб ABCD с диагоналями АС = 8 м, BD = 6 м. Высота SO = 7 м.

По теореме Пифагора найдем боковые ребра SA и SD:

SA 2 = AO 2 + SO 2 = 4 2 + 7 2 = 65

SD 2 = OD 2 + SO 2 = 3 2 + 7 2 = 58

SA = , SD =

Теперь найдем сторону ромба AD:

AD 2 = AO 2 + OD 2 = 3 2 + 4 2 = 25 , AD = 5 м

Теперь по теореме косинусов найдем косинус угла α между боковыми ребрами:

AD 2 = SA 2 + SD 2 — 2 SA SD cos α = 65 + 58 — 2 cos α = 25

Отсюда, cos α = 49 / , sin α = 1369 /

Теперь найдем площадь боковой грани S_ASD:

S_ASD = SA SD sin α / 2 = 1369 / / 2 = 18.5 м 2

Отсюда, S_бок = 4 S_ASD = 4 * 18.5 = 74 м 2

Главная > Учебные материалы > Математика: Стереометрия. Страница 5 1.Двугранный, трехгранный углы. 2.Призма и построение ее сечений. 3.Параллелепипед. 4.Прямоугольный параллелепипед. 5.Пирамида. 6.Усеченная пирамида. 7.Правильные многогранники. 8.Примеры.
1 2 3 4 5 6 7 8
Рис. 1 Двугранный угол. Трехгранный углы Пусть заданы три луча a, b, c не лежащие в одной плоскости и исходящие из одной общей точки О. (Рис.1.1). Тогда трехгранным углом называется фигура, которая состоит из трех плоских углов. Точка О, из которой исходят лучи, называется вершиной трехгранного угла. Сами углы называются гранями, а стороны — ребрами. Понятие многогранного угла можно определить аналогичным образом.	Рис. 1.1 Трехгранный угол. 2.Призма и построение ее сечений Прямая призма Призмой называется многогранник, у которого две стороны являются плоскими многоугольниками, лежащими в параллельных плоскостях и совмещаемых параллельным переносом, а боковые грани состоят из всех отрезков, соединяющих соответствующие точки этих многоугольников (Рис.2). Многоугольники называются основаниями призмы, а отрезки, соединяющие соответствующие точки оснований, ее ребрами. Высотой призмы называется расстояние между ее основаниями. Если боковые ребра призмы перпендикулярны основанию, то такая призма называется прямой. В противном случае призма называется наклонной. Боковые ребра у призмы параллельны и равны. Боковые грани прямой призмы являются прямоугольниками. Если в основании призмы лежит правильный многоугольник, то такая призма называется правильной. Теорема: площадь боковой поверхности прямой призмы равна произведению периметра основания призмы на ее высоту. В основании призмы лежит правильный многоугольник. Боковые ребра призмы находятся под прямым углом к основанию и являются высотами. Боковые грани представляют собой прямоугольники. Отсюда следует, что площадь боковой поверхности призмы равна: где a1, a2, a3, . an — длины сторон основания l — высота призмы p — периметр основания Полная площадь призмы равна сумме площадей двух оснований и боковой поверхности. Рис.2 Прямая призма Наклонная призма Если боковые ребра призмы находятся под некоторым углом к основанию, то призма является наклонной (Рис.2.1). Используя правила параллельного проектирования, изображение призмы можно построить следующим образом. Сначала строится одно из оснований, т.е. многоугольник, а затем проводят боковые ребра из каждой вершины основания, которые параллельны и равны между собой. Затем концы этих отрезков соединяются и строится другое основание призмы. Для того, чтобы построить сечение призмы плоскостью, сначала задают прямую g в плоскости одного из оснований, которая называется следом. Затем проводят через заданную точку В прямую, которая находится в плоскости грани, и соединяют ее с заданным следом в точке Е. Отрезок АС на рассматриваемой грани есть пересечение этой грани с секущей плоскостью. Если грань, которая содержит точку В, параллельна следу, то секущая плоскость пересекает эту грань по отрезку, параллельному заданному следу и проходящему через точку В. Таким образом, можно провести отрезки на всех гранях призмы и получить сечение плоскостью с заданным следом. Рис.2.1 Наклонная призма 3. Параллелепипед Призма, у которой основание есть параллелограмм, называется параллелепипедом. Параллелепипед, у которого грани расположены под некоторым углом ≠ 90° к основанию, называется наклонным. В противном случае — прямым, т.е. угол между боковыми гранями и основанием = 90°. Теорема. Противолежащие грани параллелепипеда параллельны и равны. Доказательство. Пусть дан параллелепипед ABCDA’B’C’D’ (Рис.3). Рассмотрим грани параллелепипеда AA’D’D и BB’C’C. Так как основания параллелепипеда параллелограммы, то сторона AD параллельна и равна стороне ВС, а сторона A’D’ параллельна и равна стороне B’C’. Сторона AB параллельна и равна стороне DС, а сторона A’B’ параллельна и равна стороне D’C’. Отсюда можно сделать вывод, что грани AA’D’D и BB’C’C лежат в параллельных плоскостях. Таким образом, грань AA’D’D совмещается параллельным переносом с гранью BB’C’C. Следовательно эти грани равны. Аналогично можно доказать параллельность и равенство граней DD’C’C и AA’B’B. Центральная симметрия параллелепипеда Теорема. Диагонали параллелепипеда пересекаются в одной точке, которая делит их пополам. Рассмотрим две грани параллелепипеда ABCD и BB’C’C. Сторона BC у них общая. Следовательно стороны AD и B’C’ равны, лежат на параллельных прямых и в одной плоскости. Так как грани параллелепипеда AA’B’B и DD’C’C лежат в параллельных плоскостях и совмещаются параллельным переносом, то диагонали AB’ и DC’ параллельны и лежат в плоскости сторон AD и B’C’. Отсюда можно сделать вывод, что AB’C’D — параллелограмм. Диагонали этого параллелограмма пересекаются в точке, которая делит их пополам. Отсюда следует, что точка пересечения диагоналей параллелепипеда является его центром симметрии. Рис. 3 Наклонный параллелепипед. 4.Прямоугольный параллелепипед Прямой параллелепипед, у которого основание является прямоугольником, называется прямоугольным. Длины не параллельных ребер параллелепипеда называются его линейными размерами. Теорема. В прямоугольном параллелепипеде квадрат диагонали равен сумме квадратов трех его измерений. Доказательство. Пусть дан параллелепипед ABCDA’B’C’D’ (Рис.4). Рассмотрим прямоугольный треугольник ACC’. Cторонами данного треугольника являются диагональ параллелепипеда AC’, диагональ основания AC и ребро боковой грани CC’. Тогда по теореме Пифагора находим: Рис. 4 Прямоугольный параллелепипед. AC’ 2 = AC 2 + CC’ 2 AC 2 = AD 2 + DC 2 Следовательно: AC’ 2 = AD 2 + DC 2 + CC’ 2 Стороны AD, DC, CC’ являются линейными размерами параллелепипеда. Симметрия прямоугольного параллелепипеда Прямоугольный параллелепипед имеет центр симметрии. Если все три измерения параллелепипеда разные, то он имеет три плоскости симметрии, которые проходят через центры граний (Рис.4.1) Если параллелепипед имеет два равных измерения, то у него есть еще две плоскости симметрии, которые проходят через диагональные сечения. Если у параллелепипеда все три линейные размера равны, то он является кубом. И у него девять плоскостей симметрии. Рис. 4.1 Симметрия прямоугольного параллелепипеда. 5. Пирамида Пирамидой называется многогранник, который состоит из многоугольника в основании, точки, не лежащей в плоскости основания, и всех отрезков, соединяющих вершины многоугольника и данную точку (Рис.5). Точка, не лежащая в плоскости основания, называется вершиной пирамиды. Отрезки, соединяющие вершины основания с вершиной пирамиды, называются боковыми ребрами. Перпендикуляр, опущенный из вершины пирамиды на плоскость основания, называется высотой пирамиды. На рисунке 5 изображена пирамида, в основании которой лежит правильный шестиугольник. A1A2A3A4A5A6 Построение пирамиды и ее плоских сечений Для того чтобы построить пирамиду, необходимо сначала построить основание — плоский многоугольник. Затем взять точку, не лежащую в плоскости основания, и соединить ее боковыми ребрами с вершинами основания. Сечения пирамиды, проходящие через ее вершину, представляют собой треугольники. Например, треугольниками являются диагональные сечения, т.е. сечения, проходящие через два несоседних боковых ребра . Сечение пирамиды с боковым следом строится аналогично, как и сечение призмы (Рис.5). Т.е. сначала задается прямая в плоскости основания — след g. Затем берется какая-нибудь точка В, принадлежащая сечению, и строится пересечение следа g секущей плоскости c плоскостью этой грани — точка D. Полученный таким образом отрезок АС, представляет собой линию пересечения плоскости грани и плоскости сечения пирамиды. Если точка В лежит на грани, параллельной следу g (Рис.5.1), то секущая плоскость пересекает эту грань по отрезку BC, параллельному следу g. Концы отрезка также соединяют со следом по прямой ED в плоскости α другой грани и получают прямую пересечения этой грани с плоскостью сечения и т.д. Таким образом можно построить линии пересечения плоскости сечения со всеми гранями пирамиды. Рис. 5.1 Построение пирамиды и ее плоских сечений. 6. Усеченная пирамида Теорема. Плоскость, пересекающая пирамиду и параллельная ее основанию, отсекает подобную пирамиду. Пусть дана пирамида ABCDES. ABCDE — основание пирамиды, пятиугольник. S — вершина пирамиды. α — секущая плоскость. Подвергнем пирамиду преобразованию подобия (гомотетии) с коэффициентом подобия k относительно вершины S. Так как при преобразовании подобия расстояние от вершины до точек фигуры изменяется в одно и тоже k число раз, то пятиугольник в основании переходит в плоскость α, параллельную основанию, т.е. секущую плоскость. Точки A’B’C’D’E’ — точки пересечения боковых ребер пирамиды с плоскостью α. И пирамида, которая образуется путем отсечения данной пирамиды плоскостью α, является подобной данной. Правильная пирамида Если основание пирамиды есть правильный многоугольник, а основание высоты совпадает с центром этого многоугольника, то такая пирамида называется правильной. Высота боковой грани правильной пирамиды, проведенная из ее вершины, называется апофемой. Теорема. Боковая поверхность правильной пирамиды равна произведению полупериметра основания на апофему. Рис. 6 Усеченная пирамида.
Рис. 6 Правильные многогранники.

Сечением прямоугольного параллелепипеда плоскостью , содержащей прямую и параллельной прямой АС, является ромб.

а) Докажите, что грань ABCD — квадрат.

б) Найдите угол между плоскостями и , если

а) Построим сечение, содержащее прямую и параллельное прямой АС.

Пусть О — точка пересечения диагоналей параллелепипеда;

О — середина диагонали

В плоскости через точку О проведем прямую MN, параллельную AC. Точка M лежит на ребре , точка N лежит на ребре .

Мы построили искомое сечение. Это четырехугольник , который по условию является ромбом.

Так как — ромб, Тогда По теореме о трёх перпендикулярах Это значит, что ABCD — прямоугольник, диагонали которого перпендикулярны, то есть квадрат.

б) Угол между плоскостью сечения и плоскостью — это угол между перпендикулярами к линии их пересечения, проведенными в этих плоскостях.

Мы можем найти искомый угол между и , пользуясь этим определением. Однако есть более простой способ. Вспомним формулу площади прямоугольной проекции фигуры:

Пусть S — площадь фигуры. Тогда площадь ее прямоугольной проекции равна

, где — угол между плоскостью фигуры и плоскостью проекции.

Пусть — середина Тогда — проекция ромба на плоскость

Площадь ромба 

Площадь его проекции на плоскость

Подставив эти значения в формулу для площади проекции, найдем, что

Решая задачу другим способом, можно получить ответ

Покажем, что эти два ответа эквивалентны. Поскольку — острый угол, его тангенс и косинус положительны.

тогда и

Задание 14 Профильного ЕГЭ по математике. Стереометрия

СтатГрад Тренировочная работа №2 10-11 класс 17-05-2019 Задание 14 № задачи в базе 1633

ФИПИ 2023 🔥 …

Примечание: Плоскость альфа проходит через середину ребра прямоугольного параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 перпендикулярно прямой BD1!СтатГрад Тренировочная работа №2 10-11 класс 17-05-2019 Задание 14

Рейтинг сложности задачи:

Simba2017

Verified answer

AC⊥BD так как диагонали ромба перпендикулярны

Плоскость основания перпендикулярна ребру DD1-так как параллелепипед прямой. Тогда АС, лежащая в плоскости основания перпендикулярна ему тоже.

Тогда по теореме: если прямая перпендикулярна каждой из 2 пересекающихся прямых (DD1 ∩ BD = D), то эта прямая (АС) перпендикулярно плоскости, в которой лежать эти прямые. Это плоскость BB1D1D и в ней лежит диагональ BD1, значит АС ⊥ BD1- так как АС перпендикулярна любой прямой плоскости BB1D1D.