Угол между плоскостями в задании 14 ЕГЭ (профиль): теория и разбор примеров
Задачи (57)
- № 509502В кубе ABCDA1B1C1D1 все рёбра равны 4. На его ребре BB1 отмечена точка K так, что KB = 3. Через точки K и C1 построена плоскость α, параллелс разбором
- № 510019Все рёбра правильной треугольной призмы ABCA1B1C1 имеют длину 6. Точки M и N — середины рёбер AA1 и A1C1 соответственно.а) Докажите, что пряс разбором
- № 510051В основании прямой призмы ABCDA1B1C1D1 лежит квадрат ABCD со стороной 2, а высота призмы равна 1. Точка E лежит на диагонали BD1, причём BE с разбором
- № 485978В правильной треугольной пирамиде SABC с основанием ABC точка M — середина ребра SA, точка K — середина ребра SB. Кроме того известно, что Sс ответом
- № 513259Диаметр окружности основания цилиндра равен 20, образующая цилиндра равна 28. Плоскость пересекает его основания по хордам длины 12 и 16. Рас разбором
- № 507705В правильной четырёхугольной пирамиде SABCD с основанием ABCD точка M — середина ребра SA, точка K — середина ребра SC. а) Докажите, что пряс разбором
- № 509586На ребре AA1 прямоугольного параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 взята точка E так, что A1E : EA = 3 : 4. Точка T — середина ребра B1C1. Известно, чс разбором
- № 513428Дана правильная треугольная призма АВСА1В1С1, все рёбра которой равны 4. Через точки A, С1 и середину T ребра А1В1 проведена плоскость.а) Дос разбором
- № 516332Дана правильная треугольная призма ABCA1B1C1, у которой сторона основания равна 4, а боковое ребро равно 3. Через точки A, C1 и середину T рс разбором
- № 516780В параллелепипеде ABCDA1B1C1D1 точка F середина ребра AB, а точка E делит ребро DD1 в отношении DE : ED1 = 6 : 1. Через точки F и E проведенс разбором
- № 485981Основание прямой четырехугольной призмы ABCDA1B1C1D1 — прямоугольник ABCD, в котором AB = 12, AD = 5. а) Докажите, что расстояние между прямс разбором
- № 516799Сечением прямоугольного параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 плоскостью α содержащей прямую BD1 и параллельной прямой AC, является ромб.а) Докажите,с разбором
- № 518912В правильной треугольной пирамиде SABC с основанием ABC боковое ребро равно 7, а сторона основания равна 6. На продолжении ребра SA за точкус разбором
- № 526725Дан куб ABCDA1B1C1D1. Точка K — середина ребра C1D1.а) Докажите, что расстояние от вершины A1 до прямой BK равно ребру куба.б) Найдите угол с разбором
- № 500132В правильной четырёхугольной призме ABCDA1B1C1D1 стороны основания равны 2, а боковые рёбра равны 3. На ребре AA1 отмечена точка E так, что с разбором
- № 500816Сторона основания правильной треугольной призмы ABCA1B1C1 равна 2, а диагональ боковой грани равна … а) Докажите, что объем пирамиды … вдвоес разбором
- № 484565В правильной четырехугольной пирамиде SABCD все ребра равны 1.а) Докажите, что прямые SB и SD перпендикулярны.б) Найдите синус угла между плс разбором
- № 514090Высота цилиндра равна 3. Равнобедренный треугольник ABC с боковой стороной 10 и ∠A = 120° расположен так, что его вершина A лежит на окружнос разбором
- № 514091В правильной треугольной пирамиде MABC с вершиной M сторона основания AB равна 6. На ребре AB отмечена точка K так, что AK : KB = 5 : 1. а) с разбором
- № 541379В правильной четырёхугольной пирамиде SABCD сторона основания AB равна 4, а боковое ребро SA равно 7. На рёбрах CD и SC отмечены точки N и Kс разбором
- № 550262В треугольной пирамиде SABC точка Е — середина ребра SA, точка F — середина ребра SB, О — точка пересечения медиан треугольника АВС.а) Докажс разбором
- № 551188Дана правильная четырехугольная пирамида SABCD. Плоскость α параллельна прямой АС, проходит через точку В и середину высоты пирамиды. а) Докс разбором
- № 555716Точка O — центр грани ABCD куба ABCDA1B1C1D1. На рёбрах AD и C1D1 отмечены соответственно точки M и N так, что DM = D1N = AO.а) Докажите, чтс разбором
- № 556601Плоскость α проходит через середину ребра AD прямоугольного параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 перпендикулярно прямой BD1.а) Докажите, что угол мес разбором
- № 556615Дана правильная треугольная призма АВСА1В1С1, все рёбра которой равны 6. Через точки A, С1 и середину T ребра А1В1 проведена плоскость.а) Дос разбором
- № 560430В правильной треугольной призме ABCA1B1С1 стороны основания равны 5, боковые ребра равны 15, точка D — середина ребра CC1. а) Пусть прямые Bс разбором
- № 561176В правильной треугольной призме ABCA1B1C1 сторона основания равна 6, а боковое ребро равно 5. На ребрах AA1 и A1C1 выбраны точки M и N соотвс разбором
- № 561741В кубе ABCDA1B1C1D1 со стороной 8 на ребре AA1 взята точка K такая, что A1K = 1. Через точки K и B1 проведена плоскость α, параллельная прямс разбором
- № 563633Дана правильная треугольная пирамида SABC, AB = 24, высота SH, проведённая к основанию, равна 14, точка K — середина AS, точка N — середина с разбором
- № 620476В правильной треугольной пирамиде MABC с основанием ABC стороны основания равны 6, а боковые ребра равны 5. На ребре AC находится точка D, нс разбором
- № 621226В правильной четырехугольной призме ABCDA1B1C1D1 стороны основания равны 4, боковые ребра равны 6. Точка M — середина ребра CC1, на ребре BBс разбором
- № 627044Основанием прямой призмы ABCDА1B1C1D1 является ромб с тупым углом B, равным 120°. Все ребра этой призмы равны 10. Точки P и K — середины ребс разбором
- № 627638В правильной четырёхугольной пирамиде SABCD точка K является серединой ребра SD, а точка L — серединой стороны BC основания ABCD. Плоскость с разбором
- № 634462Трапеция KLMN является основанием пирамиды PKLMN, … Q — точка пересечения прямых KL и MN. Плоскости КPL и PMN перпендикулярны плоскости оснос разбором
- № 639769В правильной треугольной пирамиде SABC все ребра равны. Точки M и N — середины ребер SA и SC соответственно. а) B каком отношении плоскость с разбором
- № 641933В правильной треугольной пирамиде SABC сторона основания AB равна 6, а боковое ребро SA равно 7. На рёбрах AB и SC отмечены точки К и М соотс разбором
- № 642728Дана прямая призма, в основании которой лежит равнобедренная трапеция с основаниями AD = 5 и BC = 4. Точка M делит ребро A1D1 в отношении … с разбором
- № 648420В правильной четырехугольной призме ABCDA1B1C1D1 точки M, N, K делят ребра AA1, BB1, DD1 в отношении 1 : 4, 1 : 5, 1 : 3, считая от нижнего с разбором
- № 654699В правильной треугольной призме ABCA1B1C1 ребра основания равны 4, а боковые рёбра равны 5. Точка K — середина ребра B1C1, точка P лежит на с разбором
- № 658807В правильной треугольной призме ABCA1B1C1 сторона основания равна 4, a боковое ребро равно 2. Через точку пересечения диагоналей грани AA1BBс разбором
- № 661788В прямоугольном параллелепипеде ABCDA1B1C1D1 на ребрах AB, A1B1 и B1C1 отмечены точки K, L и M соответственно так, что KLMC — равнобедреннаяс разбором
- № 661795В прямоугольном параллелепипеде ABCDA1B1C1D1 на ребрах AB, A1B1 и B1C1 отмечены точки K, L и M соответственно так, что KLMC — равнобедреннаяс разбором
- № 668200Точки M и N — середины ребер AB и BC соответственно куба ABCDA1B1C1D1. Прямые CM и DN пересекаются в точке O. Через центры граней ABB1A1 и Bс разбором
- № 670045Основанием пирамиды с вершиной S является равнобедренная трапеция ABCD, в которой AD = 2BC. Сечение пирамиды SABCD проходит через точку B и с разбором
- № 670856В правильной четырехугольной пирамиде SABCD с вершиной S на ребрах AB, BC и SC отмечены точки K, L и M соответственно. Известно, что AK : KBс разбором
- № 671676В основании пирамиды SABCD с равными боковыми ребрами лежит прямоугольник ABCD. Через точку пересечения медиан грани SBC и вершину A проходис разбором
- № 672850Основанием прямой призмы ABCDA1B1C1D1 является ромб ABCD с острым углом A, равным 60°, а боковое ребро равно стороне основания. Через середис разбором
- № 673369У правильной шестиугольной пирамиды ABCDEFS с вершиной S боковые ребра вдвое длиннее стороны основания. Точка N делит диагональ основания ADс разбором
- № 674434На ребре AA1 прямоугольного параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 взята точка E так, что A1E : EA = 3 : 1, а на ребре BB1 — точка F так, что B1F : FBс разбором
- № 679827В правильной четырехугольной призме ABCDA1A1B1C1D1 точки M, N и K делят ребра AA1, BB1, DD1 в отношении 1 : 5, 1 : 4 и 1 : 2 соответственно,с разбором
- № 680458Через середину высоты правильной четырёхугольной пирамиды SABCD параллельно основанию проведено сечение A1B1C1D1, диагонали которого пересекс разбором
- № 681244Дана правильная четырехугольная пирамида SABCD с основанием ABCD. Плоскость α проходит через ребро AB и пересекает ребра SC и SD в точках M с разбором
- № 681258Дана правильная призма ABCA1B1C1. Точка K лежит на ребре AB и делит его в отношении AK : KB = 3 : 1. Точка L — середина ребра BC. Плоскость с разбором
- № 688738На ребре AA1 прямоугольного параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 взята точка E так, что A1E : EA = 5 : 2. Точка T — середина ребра B1C1 а) Докажите,с разбором
- № 697009В правильной шестиугольной призме ABCDEFA1B1C1D1E1F1 боковое ребро в два раза больше стороны основания. Плоскость α проходит через центр оснс разбором
- № 701417В правильной шестиугольной пирамиде SABCDEF с вершиной S точка M — середина SD, точка K — середина SA. а) Докажите, что прямые BK и CM лежатс разбором
- № 701579В правильном тетраэдре ABCD все ребра равны 10. На ребрах AB и AD отмечены точки M и K соответственно так, что AM = AK = 6.а) Докажите, что с разбором
Ответы кратко — все задачи подтемы
| № | Условие | Ответ |
|---|---|---|
| 509502 | В кубе ABCDA1B1C1D1 все рёбра равны 4. На его ребре BB1 отмечена точка K так, что KB = 3. … | б) arctg √(17)/3. |
| 510019 | Все рёбра правильной треугольной призмы ABCA1B1C1 имеют длину 6. Точки M и N — середины рё… | б) arcsin √(3/8). |
| 510051 | В основании прямой призмы ABCDA1B1C1D1 лежит квадрат ABCD со стороной 2, а высота призмы р… | б) arctg √(2). |
| 485978 | В правильной треугольной пирамиде SABC с основанием ABC точка M — середина ребра SA, точка… | arctg √(23)/5. |
| 513259 | Диаметр окружности основания цилиндра равен 20, образующая цилиндра равна 28. Плоскость пе… | arctg 14. |
| 507705 | В правильной четырёхугольной пирамиде SABCD с основанием ABCD точка M — середина ребра SA,… | arctg √(2)/8. |
| 509586 | На ребре AA1 прямоугольного параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 взята точка E так, что A1E : EA =… | а) 3 : 11; б) arctg √(10)/3. |
| 513428 | Дана правильная треугольная призма АВСА1В1С1, все рёбра которой равны 4. Через точки A, С1… | б) arctg 2. |
| 516332 | Дана правильная треугольная призма ABCA1B1C1, у которой сторона основания равна 4, а боков… | б) arctg 3/2. |
| 516780 | В параллелепипеде ABCDA1B1C1D1 точка F середина ребра AB, а точка E делит ребро DD1 в отно… | б) arctg √(2). |
| 485981 | Основание прямой четырехугольной призмы ABCDA1B1C1D1 — прямоугольник ABCD, в котором AB = … | 45 ^(\circ). |
| 516799 | Сечением прямоугольного параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 плоскостью α содержащей прямую BD1 и … | arctg 5/3. arccos 3/√(34). |
| 518912 | В правильной треугольной пирамиде SABC с основанием ABC боковое ребро равно 7, а сторона о… | arccos 4√(3)/√(85). |
| 526725 | Дан куб ABCDA1B1C1D1. Точка K — середина ребра C1D1.а) Докажите, что расстояние от вершины… | б) arccos 2/3. |
| 500132 | В правильной четырёхугольной призме ABCDA1B1C1D1 стороны основания равны 2, а боковые рёбр… | б) arctg √(5)/2. |
| 500816 | Сторона основания правильной треугольной призмы ABCA1B1C1 равна 2, а диагональ боковой гра… | 30 °. |
| 484565 | В правильной четырехугольной пирамиде SABCD все ребра равны 1.а) Докажите, что прямые SB и… | √(2/3). |
| 514090 | Высота цилиндра равна 3. Равнобедренный треугольник ABC с боковой стороной 10 и ∠A = 120° … | arcsin 3/5. |
| 514091 | В правильной треугольной пирамиде MABC с вершиной M сторона основания AB равна 6. На ребре… | 2 arcsin √(682)/44. |
| 541379 | В правильной четырёхугольной пирамиде SABCD сторона основания AB равна 4, а боковое ребро … | 2 arcsin 2/3√(5). |
| 550262 | В треугольной пирамиде SABC точка Е — середина ребра SA, точка F — середина ребра SB, О — … | б) 15/17. |
| 551188 | Дана правильная четырехугольная пирамида SABCD. Плоскость α параллельна прямой АС, проходи… | б) 2√(39)/13. |
| 555716 | Точка O — центр грани ABCD куба ABCDA1B1C1D1. На рёбрах AD и C1D1 отмечены соответственно … | б) arctg(2 − корень из 2). |
| 556601 | Плоскость α проходит через середину ребра AD прямоугольного параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 п… | 60 °. |
| 556615 | Дана правильная треугольная призма АВСА1В1С1, все рёбра которой равны 6. Через точки A, С1… | arccos корень из д робь: числитель: 3, знаменатель: 5 конец |
| 560430 | В правильной треугольной призме ABCA1B1С1 стороны основания равны 5, боковые ребра равны 1… | б) arctg 3. |
| 561176 | В правильной треугольной призме ABCA1B1C1 сторона основания равна 6, а боковое ребро равно… | б) arctg 3√(39)/13. |
| 561741 | В кубе ABCDA1B1C1D1 со стороной 8 на ребре AA1 взята точка K такая, что A1K = 1. Через точ… | б) arctg √(113). |
| 563633 | Дана правильная треугольная пирамида SABC, AB = 24, высота SH, проведённая к основанию, ра… | б) arccos 10√(1047)/349. |
| 620476 | В правильной треугольной пирамиде MABC с основанием ABC стороны основания равны 6, а боков… | б) arcsin 2√(13)/√(55). |
| 621226 | В правильной четырехугольной призме ABCDA1B1C1D1 стороны основания равны 4, боковые ребра … | б) arctg √(5)/4. |
| 627044 | Основанием прямой призмы ABCDА1B1C1D1 является ромб с тупым углом B, равным 120°. Все ребр… | б) arccos √(10)/4. |
| 627638 | В правильной четырёхугольной пирамиде SABCD точка K является серединой ребра SD, а точка L… | б) arctg 4√(5)/5. |
| 634462 | Трапеция KLMN является основанием пирамиды PKLMN, \angle KLM + \angle LMN=270 ^(\circ), Q … | б) 48 (√(2) + 2). |
| 639769 | В правильной треугольной пирамиде SABC все ребра равны. Точки M и N — середины ребер SA и … | б) \angle PBT = arctg { 2√(2)/5. |
| 641933 | В правильной треугольной пирамиде SABC сторона основания AB равна 6, а боковое ребро SA ра… | б) arccos 31√(10)/140. |
| 642728 | Дана прямая призма, в основании которой лежит равнобедренная трапеция с основаниями AD = 5… | √(14)/2. |
| 648420 | В правильной четырехугольной призме ABCDA1B1C1D1 точки M, N, K делят ребра AA1, BB1, DD1 в… | б) 45° |
| 654699 | В правильной треугольной призме ABCA1B1C1 ребра основания равны 4, а боковые рёбра равны 5… | б) arcsin √(15)/5. |
| 658807 | В правильной треугольной призме ABCA1B1C1 сторона основания равна 4, a боковое ребро равно… | б) arccos 1/4. |
| 661788 | В прямоугольном параллелепипеде ABCDA1B1C1D1 на ребрах AB, A1B1 и B1C1 отмечены точки K, L… | б) 60° |
| 661795 | В прямоугольном параллелепипеде ABCDA1B1C1D1 на ребрах AB, A1B1 и B1C1 отмечены точки K, L… | б) 45° |
| 668200 | Точки M и N — середины ребер AB и BC соответственно куба ABCDA1B1C1D1. Прямые CM и DN пере… | б) arccos 3/2√(59). |
| 670045 | Основанием пирамиды с вершиной S является равнобедренная трапеция ABCD, в которой AD = 2BC… | б) arctg 4/3. |
| 670856 | В правильной четырехугольной пирамиде SABCD с вершиной S на ребрах AB, BC и SC отмечены то… | б) arctg 6√(10)/19. |
| 671676 | В основании пирамиды SABCD с равными боковыми ребрами лежит прямоугольник ABCD. Через точк… | б) arccos 1/5. |
| 672850 | Основанием прямой призмы ABCDA1B1C1D1 является ромб ABCD с острым углом A, равным 60°, а б… | а) 35/24, б) arccos 4√(3)/15. |
| 673369 | У правильной шестиугольной пирамиды ABCDEFS с вершиной S боковые ребра вдвое длиннее сторо… | б) arctg √(7)/2. |
| 674434 | На ребре AA1 прямоугольного параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 взята точка E так, что A1E : EA =… | б) arctg √(43)/5. |
| 679827 | В правильной четырехугольной призме ABCDA1A1B1C1D1 точки M, N и K делят ребра AA1, BB1, DD… | б) arccos √(3)/3. |
| 680458 | Через середину высоты правильной четырёхугольной пирамиды SABCD параллельно основанию пров… | б) arctg √(30)/3. |
| 681244 | Дана правильная четырехугольная пирамида SABCD с основанием ABCD. Плоскость α проходит чер… | б) √(21)/7. б) √(21)/7. |
| 681258 | Дана правильная призма ABCA1B1C1. Точка K лежит на ребре AB и делит его в отношении AK : K… | б) arccos √(65)/65. |
| 688738 | На ребре AA1 прямоугольного параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 взята точка E так, что A1E : EA =… | б) arctg 5√(11)/6. |
| 697009 | В правильной шестиугольной призме ABCDEFA1B1C1D1E1F1 боковое ребро в два раза больше сторо… | б) arccos √(6)/4. |
| 701417 | В правильной шестиугольной пирамиде SABCDEF с вершиной S точка M — середина SD, точка K — … | б) 18 |
| 701579 | В правильном тетраэдре ABCD все ребра равны 10. На ребрах AB и AD отмечены точки M и K соо… | б) 13√(201)/201. |
О чём эта подтема
Задание 14 ЕГЭ профильного уровня почти всегда состоит из двух пунктов: в пункте а) нужно что-то доказать (перпендикулярность, параллельность, отношение отрезков), а в пункте б) — вычислить угол или расстояние. Угол между плоскостями — одна из самых частых формулировок пункта б). Речь идёт о ситуации, когда даны две плоскости (например, плоскость сечения многогранника и плоскость одной из его граней), и нужно найти угол, под которым они пересекаются.
Главная особенность этой подтемы: почти всегда её удобнее решать координатным (векторным) методом, а не «синтетически» через построение линейного угла двугранного угла. Синтетический способ красивый, но требует удачного дополнительного построения, а на экзамене время ограничено. Координатный метод работает по единому алгоритму независимо от конкретной фигуры — куб, призма, пирамида. Ниже разобраны именно те факты и шаги, которые нужны для решения такой задачи, без лишней теории.
Что нужно знать
Определение угла между плоскостями. Если две плоскости пересекаются, угол между ними — это наименьший из углов, которые образуют плоскости при пересечении, то есть значение от до (угол всегда берётся острым или прямым, никогда тупым).
Формула через нормали. Если и — векторы, перпендикулярные соответственно первой и второй плоскости (нормали), то угол между плоскостями находится по формуле Модуль в числителе обязателен: именно он гарантирует, что получится острый угол, а не тупой.
Как найти вектор нормали. Если плоскость задана тремя точками , , (или двумя точками и направлением, которому она параллельна), то нужно взять два неколлинеарных вектора, лежащих в этой плоскости, и найти их векторное произведение: Если плоскость задана уравнением , нормаль — это вектор .
Векторное произведение в координатах. Для векторов и :
Скалярное произведение и длина вектора. , .
Система координат для стандартных фигур. Для куба и прямоугольного параллелепипеда координаты вершин вводятся напрямую по ребрам (оси вдоль трёх рёбер, выходящих из одной вершины). Для правильной призмы с треугольным основанием одну вершину помещают в начало координат, одну сторону основания — на ось , а высоту треугольника — на ось ; вертикальное ребро идёт по оси . Такая система остаётся декартовой (ортонормированной с точностью до масштаба по осям, если рёбра равны), и в ней формулы работают без искажений.
Условие параллельности прямой и плоскости. Прямая с направляющим вектором параллельна плоскости с нормалью , если (вектор направления лежит «внутри» плоскости направлений, перпендикулярен нормали). Это условие часто используется, чтобы построить саму плоскость сечения по описанию из условия.
Как решать: метод и алгоритм
Ввести систему координат. Выбрать вершину многогранника за начало координат, направить оси вдоль ребер так, чтобы координаты остальных вершин считались легко (без синусов и косинусов, если это возможно).
Найти координаты всех нужных точек. В том числе точек деления рёбер, середин, точек пересечения сечения с ребрами — часто их нужно находить из условия (параллельность, заданное отношение отрезков).
Определить, какие две плоскости участвуют в задаче. Обычно это плоскость сечения (описанная словами в условии) и плоскость одной из граней фигуры.
Найти нормаль к каждой плоскости.
- Если плоскость — это грань многогранника, часто её нормаль очевидна из системы координат (например, плоскость имеет нормаль ).
- Если плоскость сечения задана несколькими точками, взять два вектора, лежащих в ней, и посчитать их векторное произведение.
- Если плоскость сечения задана точками и условием параллельности прямой, использовать эту прямую как один из направляющих векторов плоскости.
Подставить нормали в формулу косинуса угла между плоскостями, обязательно взять модуль скалярного произведения.
Довести ответ до нужного вида. Если в ответе нужен арктангенс, а получен косинус, использовать соотношение и .
Проверить правдоподобность ответа: угол должен получиться от до , а числовое значение — не противоречить наглядной картинке (например, для куба углы редко бывают близки к в «нетривиальных» сечениях).
Разбор примера
Пример 1. В кубе все рёбра равны . На ребре отмечена точка так, что . Через точки и построена плоскость , параллельная прямой . Требуется найти угол между и плоскостью грани (пункт а, доказательство отношения , разберём по пути).
Шаг 1. Координаты. Положим , , , , а верхние вершины сдвинуты на по оси : , , , .
Шаг 2. Точка . Поскольку и лежит на (вертикальный отрезок от вверх), .
Шаг 3. Построение плоскости . В плоскости лежит вектор . Плоскость параллельна прямой , значит направляющий вектор этой прямой , или пропорциональный ему , тоже «лежит в направлениях» плоскости (перпендикулярен её нормали).
Шаг 4. Нормаль к .
Шаг 5. Уравнение плоскости . Через точку : , то есть .
Проверка отношения из пункта а). Точка лежит на ребре , значит . Подставляя в уравнение: . Тогда , , и — то, что требовалось доказать.
Шаг 6. Нормаль к плоскости . Все точки этой грани имеют координату , значит её нормаль .
Шаг 7. Косинус угла.
Шаг 8. Перевод в тангенс. , значит
Ответ: — совпадает с требуемым.
Пример 2. Все рёбра правильной треугольной призмы равны . Точки и — середины рёбер и . Нужно доказать и найти угол между плоскостями и .
Шаг 1. Координаты. Основание — правильный треугольник со стороной , высота треугольника . Пусть , , , а верхние вершины сдвинуты на по оси : , , .
Шаг 2. Точки , . — середина : . — середина : .
Шаг 3. Проверка перпендикулярности (пункт а). , . Скалярное произведение: — векторы перпендикулярны, значит .
Шаг 4. Нормаль к плоскости . Дополнительно нужен вектор . Удобно упростить, умножив на : — та же плоскость, другая по длине нормаль.
Шаг 5. Нормаль к плоскости . Точки имеют координату — плоскость , нормаль .
Шаг 6. Косинус и синус угла. Тогда .
Ответ: — совпадает с требуемым.
Типичные ошибки
- Забывают модуль в формуле косинуса. Без модуля скалярное произведение может быть отрицательным, тогда получится тупой угол — а угол между плоскостями всегда острый или прямой.
- Путают вектор нормали с вектором, лежащим в плоскости. Нормаль перпендикулярна плоскости, а не параллельна ей; при векторном произведении важно брать именно два вектора из плоскости, а не саму нормаль как один из множителей.
- Неверно строят сечение. Если плоскость сечения описана словами («плоскость, параллельная такой-то прямой»), нужно аккуратно использовать условие параллельности через равенство , а не угадывать положение секущей плоскости на глаз.
- Ошибки в системе координат при наклонных фигурах (например, у правильной призмы с треугольным основанием забывают, что вторая ось идёт не под к стороне, если координаты выбраны неаккуратно — высота треугольника считается по формуле ).
- Путают, какую грань образует плоскость. Например, считают нормаль грани вдоль оси, отличной от той, вдоль которой реально постоянна координата этой грани.
- Неверный переход между тригонометрическими функциями. При переводе косинуса в тангенс или синус забывают, что и для угла из оба неотрицательны, поэтому корень берётся со знаком «плюс».
На что обратить внимание на экзамене
Пункты а) и б) в 14-м задании оцениваются отдельно, поэтому если не удаётся строго доказать факт из пункта а), стоит всё равно перейти к вычислению угла в пункте б) — координатный метод для этого не требует ссылки на утверждение из пункта а), достаточно корректно построить координаты и обосновать положение всех точек.
При выборе системы координат для куба или прямоугольного параллелепипеда удобно сразу совмещать начало координат с той вершиной, из которой выходят три рёбра, участвующих в условии — это сокращает число дальнейших вычислений. Для правильной призмы с треугольным основанием стоит один раз запомнить стандартную раскладку (сторона на ось , высота треугольника на ось , боковое ребро на ось ) и использовать её без раздумий.
При проверке ответа полезно прикинуть на глаз, насколько «острый» угол получился: если по формуле выходит косинус, близкий к нулю (угол близок к ), а по картинке плоскости выглядят почти параллельными, это сигнал перепроверить вычисления — вероятно, где-то потеряли знак или перепутали координаты точки.
Следует всегда доводить окончательный ответ до формы, которая прямо сравнима с ожидаемым видом (арктангенс, арксинус или арккосинус) — часто в критериях ответ дан в одном виде, а после честного вычисления получается эквивалентное, но визуально другое выражение; в этом случае нужно явно показать преобразование через основное тригонометрическое тождество, чтобы эксперт увидел, что ответы совпадают.
Наконец, не стоит пренебрегать письменным оформлением: явно укажите выбранную систему координат, координаты всех задействованных точек, векторы нормалей и промежуточные вычисления скалярного и векторного произведений — это не только помогает не запутаться самому, но и даёт полный балл по критериям даже при небольшой опечатке в финальном числе.
Частые вопросы
Почему в формуле угла между плоскостями обязательно берут модуль скалярного произведения нормалей?
Потому что угол между плоскостями по определению острый или прямой (от 0° до 90°), а скалярное произведение нормалей может оказаться отрицательным просто из-за направления векторов, что даст тупой угол без модуля.
Всегда ли нужен координатный метод, или можно решать через построение линейного угла?
Можно решать и синтетически, построив линейный угол двугранного угла с помощью перпендикуляров, но это требует удачного дополнительного построения. Координатный метод работает по единому алгоритму для любой фигуры и на экзамене надёжнее.
Как найти нормаль к плоскости, если она не совпадает с гранью многогранника?
Нужно взять два неколлинеарных вектора, лежащих в этой плоскости (например, между тремя известными точками сечения), и посчитать их векторное произведение — результат перпендикулярен обоим векторам и является нормалью.
Что делать, если плоскость сечения задана условием параллельности прямой?
Направляющий вектор этой прямой нужно использовать как второй вектор для построения нормали через векторное произведение вместе с вектором, соединяющим две известные точки плоскости, поскольку этот вектор лежит в направлениях плоскости.
Как понять, что ответ в тангенсах, синусах или косинусах эквивалентен ожидаемому в другой форме?
Нужно воспользоваться тождеством sin²φ+cos²φ=1 и определением tg φ = sin φ / cos φ, выразив полученное значение в требуемой форме и убедившись, что при возведении в квадрат или преобразовании выражения совпадают.
Можно ли получить баллы за пункт б), если не решён пункт а)?
Да, пункты оцениваются отдельно. Если координатный метод применён корректно и обоснованно построена система координат с координатами всех нужных точек, пункт б) может быть оценён полностью независимо от того, доказано ли утверждение пункта а).