Любая плоскость в декартовой системе координат может быть задана уравнением `Ax + By + Cz + D = 0`, где хотя бы одно из чисел `А`, `В`, `С` отлично от нуля. Пусть дана точка `M (x_0;y_0;z_0)`, найдём расстояние от неё до плоскости `Ax + By + Cz + D = 0`.
Пусть прямая, проходящая через точку `M` перпендикулярно плоскости `alpha`, пересекает её в точке `K` с координатами `(x; y; z)`. Вектор `vec(MK)` перпендикулярен плоскости `alpha`, как и вектор `vecn` `(A;B;C)`, т. е. векторы `vec(MK)` и `vecn` коллинеарны, `vec(MK)= λvecn`.
Так как `(x-x_0;y-y_0;z-z-0)` и `vecn(A,B,C)`, то `x-x_0=lambdaA`, `y-y_0=lambdaB`, `z-z_0=lambdaC`.
Точка `K` лежит в плоскости `alpha` (рис. 6), её координаты удовлетворяют урав-нению плоскости. Подставляем `x=x_0+lambdaA`, `y=y_0+lambdaB`, `z=z_0+lambdaC` в уравнение `Ax+By+Cz+D=0`, получаем
`A(x_0+lambdaA)+(B(y_0+lambdaB)+C(z_0+lambdaC)+D=0`,
откуда `lambda=-(Ax_0+By_0+Cz_0+D)/(A^2+B^2+C^2)`.
Находим длину вектора `vec(MK)`, которая и равна расстоянию от точки `M(x_0;y_0;z_0)` до плоскости `Ax + By + Cz + D` `|vec(MK)|=|lambdavecn|=|lambda|*sqrt(A^2+B^2+C^2)`.
Итак, расстояние `h` от точки `M(x_0;y_0;z_0)` до плоскости `Ax + By + Cz + D = 0` таково
`h=(|Ax_0+By_0+Cz_0+D|)/(sqrt(A^2+B^2+C^2))`.
При геометрическом способе нахождения расстояния от точки `A` до плоскости `alpha` находят основание перпендикуляра `A A^"`, опущенного из точки `A` на плоскость `alpha`. Если точка `A^"` находится вне участка плоскости `alpha`, указанного в задаче, то через точку `A` проводят прямую `c`, параллельную плоскости `alpha`, и выбирают на ней более удобную точку `C`, ортогональная проекция которой `C^"` принадлежит данному участку плоскости `alpha`. Длина отрезка `C C^"` будет равна искомому расстоянию от точки `A` до плоскости `alpha` .
В правильной шестиугольной призме `A...F_1`, все рёбра которой равны `1`, найти расстояние от точки `B` до плоскости `AF F_1`.
Пусть `O` - центр нижнего основания призмы (рис. 7). Прямая `BO` параллельна прямой `AF` и, следовательно, расстояние от точки `B` до плоскости `AF F_1` равно расстоянию `OH` от точки `O` до плоскости `AF F_1`. В треугольнике `AOF` имеем `AO=OF=AF=1`. Высота `OH` этого треугольника равна `(sqrt3)/2`. Следовательно, искомое расстояние равно `(sqrt3)/2`.
Укажем ещё один способ (метод вспомогательного объёма) нахождения расстояния от точки до плоскости. Известно, что объём пирамиды `V`, площадь её основания `S` и длина высоты `h` связаны формулой `h=(3V)/S`. Но длина высоты пирамиды есть не что иное, как расстояние от её вершины до плоскости основания. Следовательно, для вычисления расстояния от точки до плоскости достаточно найти объём и площадь основания какой-нибудь пирамиды с вершиной в этой точке и с основанием, лежащим в данной плоскости.
Дана правильная призма `A...D_1`, в которой `AB=a`, `A A_1=2a`. Найти расстояние от точки пересечения диагоналей основания `A_1B_1C_1D_1` до плоскости `BDC_1`.
Рассмотрим тетраэдр `O_1DBC_1` (рис. 8). Искомое расстояние `h` есть длина высоты этого тетраэдра, опущенной из точки `O_1` на плоскость грани `BDC_1` . Для её нахождения достаточно знать объём `V` тетраэдра `O_1DBC_1` и площадь треугольника `DBC_1` . Вычислим их. Заметим, что прямая `O_1C_1` перпендикулярна плоскости `O_1DB` , т. к. она перпендикулярна `BD` и `B B_1` . Значит, объём тетраэдра `O_1DBC_1` равен
Тип задания: 14
Условие
В правильной треугольной пирамиде DABC с основанием ABC сторона основания равна 6\sqrt{3}, а высота пирамиды равна 8 . На ребрах AB , AC и AD соответственно отмечены точки M , N и K , такие, что AM=AN=\frac{3\sqrt{3}}{2} и AK=\frac{5}{2}.
а) Докажите, что плоскости MNK и DBC параллельны.
б) Найдите расстояние от точки K до плоскости DBC .
Показать решениеРешение
а) Плоскости MNK и DBC параллельны, если две пересекающиеся прямые одной плоскости соответственно параллельны двум пересекающимся прямым другой плоскости. Докажем это. Рассмотрим прямые MN и KM плоскости MNK и прямые BC и DB плоскости DBC.
В треугольнике AOD : \angle AOD = 90^\circ и по теореме Пифагора AD=\sqrt{DO^2 +AO^2}.
Найдём AO , используя то, что \bigtriangleup ABC правильный.
AO=\frac{2}{3}AO_1, где AO_1 — высота \bigtriangleup ABC, AO_1 = \frac{a\sqrt{3}}{2}, где a — сторона \bigtriangleup ABC.
AO_1 = \frac{6\sqrt{3} \cdot \sqrt{3}}{2}=9, тогда AO=6, AD=\sqrt{8^2 + 6^2}=10.
1. Так как \frac{AK}{AD}=\frac{5}{2} : 10=\frac{1}{4}, \frac{AM}{AB}=\frac{3\sqrt{3}}{2} : 6\sqrt{3}=\frac{1}{4} и \angle DAB — общий, то \bigtriangleup AKM \sim ADB.
Из подобия следует, что \angle AKM = \angle ADB. Это соответственные углы при прямых KM и BD и секущей AD . Значит KM \parallel BD.
2. Так как \frac{AN}{AC}=\frac{3 \sqrt{3}}{2 \cdot 6 \sqrt{3}}=\frac{1}{4}, \frac{AM}{AB}=\frac{1}{4} и \angle CAB — общий, то \bigtriangleup ANM \sim \bigtriangleup ACB.
Из подобия следует, что \angle ANM = \angle ACB. Эти углы соответственные при прямых MN и BC и секущей AC . Значит, MN \parallel BC.
Вывод: так как две пересекающиеся прямые KM и MN плоскости MNK соответственно параллельны двум пересекающимся прямым BD и BC плоскости DBC , то эти плоскости параллельны — MNK \parallel DBC.
б) Найдём расстояние от точки K до плоскости BDC .
Поскольку плоскость MNK параллельна плоскости DBC , то расстояние от точки K до плоскости DBC равно расстоянию от точки O_2 до плоскости DBC и оно равно длине отрезка O_2 H. Докажем это.
BC \perp AO_1 и BC \perp DO_1 (как высоты треугольников ABC и DBC ), значит, BC перпендикулярна плоскости ADO_1, и тогда BC перпендикулярна любой прямой этой плоскости, например, O_2 H. По построению O_2H\perp DO_1, значит, O_2H перпендикулярна двум пересекающимся прямым плоскости BCD , и тогда отрезок O_2 H перпендикулярен плоскости BCD и равен расстоянию от O_2 до плоскости BCD .
В треугольнике O_2HO_1:O_2H=O_{2}O_{1}\sin\angle HO_{1}O_{2}.
O_{2}O_{1}=AO_{1}-AO_{2}.\, \frac{AO_2}{AO_1}=\frac{1}{4}, AO_{2}=\frac{AO_1}{4}=\frac{9}{4}.
O_{2}O_{1}=9-\frac{9}{4}=\frac{27}{4}.
\sin \angle DO_{1}A= \frac{DO}{DO_{1}}= \frac{8}{\sqrt{64+3^2}}= \frac{8}{\sqrt{73}}.
O_2H=\frac{27}{4} \cdot \frac{8}{\sqrt{73}}=\frac{54}{\sqrt{73}}.
Ответ
\frac{54}{\sqrt{73}}
Источник: «Математика. Подготовка к ЕГЭ-2017. Профильный уровень». Под ред. Ф. Ф. Лысенко, С. Ю. Кулабухова.
Тип задания: 14
Тема:
Расстояние от точки до плоскости
Условие
ABCDA_1B_1C_1D_1 — правильная четырехугольная призма.
а) Докажите, что плоскость BB_1D_1 \perp AD_1C .
б) Зная AB = 5 и AA_1 = 6 найдите расстояние от точки B_1 до плоскости AD_1C .
Показать решениеРешение
а) Так как данная призма правильная, то BB_1 \perp ABCD , отсюда BB_1 \perp AC . Поскольку ABCD — квадрат, то AC \perp BD . Таким образом, AC \perp BD и AC \perp BB_1 . Так как прямые BD и BB_1 пересекаются, то, согласно признаку перпендикулярности прямой и плоскости, AC \perp BB_1D_1D . Теперь по признаку перпендикулярности плоскостей AD_1C \perp BB_1D_1 .
б) Обозначим через О точку пересечения диагоналей AC и BD квадрата ABCD . Плоскости AD_1C и BB_1D_1 пересекаются по прямой OD_1 . Пусть B_1H — перпендикуляр, проведенный в плоскости BB_1D_1 к прямой OD_1 . Тогда B_1H \perp AD_1C . Пусть E=OD_1 \cap BB_1 . Для подобных треугольников D_1B_1E и OBE (равенство соответствующих углов следует из условия BO \parallel B_1D_1 ) имеем \frac {B_1E}{BE}=\frac{B_1D_1}{BO}=\frac{2}1 .
Значит, B_1E=2BE=2 \cdot 6=12. Так как B_1D_1=5\sqrt{2} , то гипотенуза D_1E= \sqrt{B_1E^{2}+B_1D_1^{2}}= \sqrt{12^{2}+(5\sqrt{2})^{2}}= \sqrt{194}. Далее применяем метод площадей в треугольнике D_1B_1E для вычисления высоты B_1H , опущенной на гипотенузу D_1E :
S_{D_1B_1E}=\frac1{2}B_1E \cdot B_1D_1=\frac1{2}D_1E \cdot B_1H; 12 \cdot 5\sqrt{2}=\sqrt{194} \cdot B_1H;
B_1H=\frac{60\sqrt{2}}{\sqrt{194}}=\frac{60}{\sqrt{97}}=\frac{60\sqrt{97}}{97} .
Ответ
\frac{60\sqrt{97}}{97}
Источник: «Математика. Подготовка к ЕГЭ-2016. Профильный уровень». Под ред. Ф. Ф. Лысенко, С. Ю. Кулабухова.
Тип задания: 14
Тема:
Расстояние от точки до плоскости
Условие
ABCDA_1B_1C_1D_1 — прямоугольный параллелепипед. Ребра AB=24, BC=7, BB_{1}=4 .
а) Докажите, что расстояние от точек B и D до плоскости ACD_{1} одинаковы.
б) Найдите это расстояние.
Показать решениеРешение
а) Рассмотрим треугольную пирамиду D_1ACD .
В данной пирамиде расстояние от точки D до плоскости основания ACD_1-DH — равно высоте пирамиды, проведенной из точки D , к основанию ACD_1 .
V_{D_1ABC}=\frac1{3}S_{ACD_1} \cdot DH , из этого равенства получаем
DH=\frac{3V_{D_1ACD}}{S_{ACD_1}} .
Рассмотрим пирамиду D_1ABC . Расстояние от точки B до плоскости ACD_1 равно высоте, опущенной из вершины B к основанию ACD_1 . Обозначим это расстояние BK . Тогда V_{D_1ABC}=\frac1{3}S_{ACD_1} \cdot BK , из этого получаем BK=\frac{3V_{D_1ABC}}{S_{ACD_1}}.\: Но V_{D_1ACD} = V_{D_1ABC} , так как, если считать в пирамидах основаниямиADC и ABC , то высота D_1D общая и S_{ADC}=S_{ABC} (\bigtriangleup ADC=\bigtriangleup ABC по двум катетам). Значит, BK=DH .
б) Найдем объем пирамиды D_1ACD .
Высота D_1D=4 .
S_{ACD}=\frac1{2}AD \cdot DC=\frac1{2} \cdot24 \cdot 7=84.
V=\frac1{3}S_{ACD} \cdot D_1D=\frac1{3} \cdot84 \cdot4=112 .
Площадь грани ACD_1 равна \frac1{2}AC \cdot D_1P.
AD_1= \sqrt{AD^{2}+DD_1^{2}}= \sqrt{7^{2}+4^{2}}= \sqrt{65}, \: AC= \sqrt{AB^{2}+BC^{2}}= \sqrt{24^{2}+7^{2}}= 25
Зная, что катет прямоугольного треугольника есть среднее пропорциональное для гипотенузы и отрезка гипотенузы, заключенного между катетом и высотой, проведенной из вершины прямого угла, в треугольнике ADC имеем AD^{2}=AC \cdot AP, \: AP=\frac{AD^{2}}{AC}=\frac{7^{2}}{25}=\frac{49}{25}.
В прямоугольном треугольнике AD_1P по теореме Пифагора D_1P^{2}= AD_1^{2}-AP^{2}= 65-\left (\frac{49}{25} \right)^{2}= \frac{38\:224}{25^{2}}, D_1P=\frac{4\sqrt{2\:389}}{25}.
S_{ACD_1}=\frac1{2} \cdot25 \cdot\frac{4\sqrt{2\:389}}{25}=2\sqrt{2\:389} .
DH=\frac{3V}{S_{ACD_1}}=\frac{3 \cdot112}{2\sqrt{2\:389}}=\frac{168}{\sqrt{2\:389}} .
Соблюдение Вашей конфиденциальности важно для нас. По этой причине, мы разработали Политику Конфиденциальности, которая описывает, как мы используем и храним Вашу информацию. Пожалуйста, ознакомьтесь с нашими правилами соблюдения конфиденциальности и сообщите нам, если у вас возникнут какие-либо вопросы.
Сбор и использование персональной информации
Под персональной информацией понимаются данные, которые могут быть использованы для идентификации определенного лица либо связи с ним.
От вас может быть запрошено предоставление вашей персональной информации в любой момент, когда вы связываетесь с нами.
Ниже приведены некоторые примеры типов персональной информации, которую мы можем собирать, и как мы можем использовать такую информацию.
Какую персональную информацию мы собираем:
- Когда вы оставляете заявку на сайте, мы можем собирать различную информацию, включая ваши имя, номер телефона, адрес электронной почты и т.д.
Как мы используем вашу персональную информацию:
- Собираемая нами персональная информация позволяет нам связываться с вами и сообщать об уникальных предложениях, акциях и других мероприятиях и ближайших событиях.
- Время от времени, мы можем использовать вашу персональную информацию для отправки важных уведомлений и сообщений.
- Мы также можем использовать персональную информацию для внутренних целей, таких как проведения аудита, анализа данных и различных исследований в целях улучшения услуг предоставляемых нами и предоставления Вам рекомендаций относительно наших услуг.
- Если вы принимаете участие в розыгрыше призов, конкурсе или сходном стимулирующем мероприятии, мы можем использовать предоставляемую вами информацию для управления такими программами.
Раскрытие информации третьим лицам
Мы не раскрываем полученную от Вас информацию третьим лицам.
Исключения:
- В случае если необходимо - в соответствии с законом, судебным порядком, в судебном разбирательстве, и/или на основании публичных запросов или запросов от государственных органов на территории РФ - раскрыть вашу персональную информацию. Мы также можем раскрывать информацию о вас если мы определим, что такое раскрытие необходимо или уместно в целях безопасности, поддержания правопорядка, или иных общественно важных случаях.
- В случае реорганизации, слияния или продажи мы можем передать собираемую нами персональную информацию соответствующему третьему лицу – правопреемнику.
Защита персональной информации
Мы предпринимаем меры предосторожности - включая административные, технические и физические - для защиты вашей персональной информации от утраты, кражи, и недобросовестного использования, а также от несанкционированного доступа, раскрытия, изменения и уничтожения.
Соблюдение вашей конфиденциальности на уровне компании
Для того чтобы убедиться, что ваша персональная информация находится в безопасности, мы доводим нормы соблюдения конфиденциальности и безопасности до наших сотрудников, и строго следим за исполнением мер соблюдения конфиденциальности.
