Математика
Тема 14: Параллельность прямых и плоскостей. Профильный уровеньУрок 14: Задачи на тетраэдр
- Видео
- Тренажер
- Теория
Тема: Параллельность прямых и плоскостей
Урок: Задачи на тетраэдр
Тема урока
На этом уроке мы будем решать разнообразные задачи в тетраэдре с использованием свойств сечений, средней линии треугольника, признака параллельности прямой и плоскости и параллельности двух плоскостей.
Задача 1
Точки М и N – середины ребер АВ и АС тетраэдра АВСD (рис. 1). Докажите, что прямая МN параллельна плоскости ВСD. Найдите длину отрезка МN, если ВС = а.
Рис. 1.
Решение:
АМ = ВМ, так как М – середина отрезка АВ, АN = СN, так как N - средина отрезка АС. МN – средняя линия треугольника АВС. По свойству средней линии, МN параллельна ВС и .
Прямая МN параллельна прямой ВС, которая лежит в плоскости ВСD, и не лежит в плоскости ВСD. Значит, по признаку параллельности прямой и плоскости, прямая МN параллельна плоскости ВСD, что и требовалось доказать.
Задача 2
Через середины ребер АВ и BС тетраэдра SABC проведена плоскость параллельно ребру SB. Докажите, что эта плоскость пересекает грани SАB и SBС по параллельным прямым.
Рис. 2.
Доказательство:
Обозначим середины ребер АВ и АС – как М и N соответственно, а плоскость, проходящую через точки М и N параллельно ребру SB, как φ.
Плоскость АВS проходит через прямую SB, параллельную плоскости φ и пересекает эту плоскость по прямой МL, . Значит, прямая МL параллельна прямой SB.
Плоскость ВSС проходит через прямую SB, параллельную плоскости φ и пересекает эту плоскость по прямой NP, . Значит, прямая PN параллельна прямой SB.
Имеем, что две прямые МL и NP параллельны одной и той же прямой SB. Значит, прямые МL и NP параллельны, что и требовалось доказать.
Задача 3
Докажите, что плоскость, проходящая через середины ребер АВ, АС и AD тетраэдра ABCD параллельна плоскости BCD.
Рис. 3.
Доказательство:
Пусть А1, В1, С1 – середины ребер АВ, АС и AD тетраэдра ABCD (рис. 3). Докажем, что плоскость А1В1С1параллельна плоскости BCD.
А1С1 – средняя линия треугольника АВD. Из свойств средней линии следует, что А1С1параллельна BD.А1В1 – средняя линия треугольника АСD. Из свойств средней линии следует, что А1В1параллельна СD. Прямые А1С1и А1В1 пересекаются в точке А1. По признаку параллельности плоскостей, плоскости А1В1С1 иBCD параллельны, что и требовалось доказать.
Задача 4
а) Постройте сечение тетраэдра АBCD плоскостью α, проходящей через точку М ребра ВD, параллельно ребрам АD и ВС.
б) Докажите, что полученное сечение – параллелограмм.
в) Найдите углы полученного в сечении параллелограмма, если угол между прямыми АD и ВС равен𝜑.
Рис. 4.
а) Построение:
1) Проведем прямую ML параллельно прямой АD в плоскости АDВ, .
2) Проведем прямую MN параллельно прямой BC в плоскости BCD, .
3) Проведем прямую NP параллельно прямой АD в плоскости АDC, .
4) Проведем прямую LP.
5) Так как прямая АD, не лежащая в плоскости MNL параллельна прямой ML, лежащей в плоскости MNL, то прямая АD параллельна MNL по признаку. Так как прямая ВС, не лежащая в плоскости MNL параллельна прямой MN, лежащей в плоскости MNL, то прямая ВС параллельна MNL по признаку.Значит, MNLP – искомое сечение.
б) Докажем, что сечение MNLP – параллелограмм. Прямые МL и NP параллельны одной и той же прямой АD. Значит, прямые МL и NP параллельны. Прямые МN и LP параллельны одной и той же прямой ВС. Значит, прямые МN и LP параллельны. Имеем, что в четырехугольнике МNLP противоположные стороны попрано параллельны, по определению, МNLP – параллелограмм.
в) Заметим, что прямые АD и ВС – скрещивающиеся прямые (по признаку скрещивающихся прямых). Угол между скрещивающимися прямыми АD и ВС равен либо углу МLP, либо углу LМN. Сумма углов параллелограмма, прилежащих к одной стороне равна π. Значит, в этом параллелограмме углы равны либо 𝜑, либо π – 𝜑.
Итоги урока
Итак, мы решили серию типовых задач на тетраэдр. На следующем уроке мы продолжим решать задачи на параллелепипед.
Список рекомендованной литературы
1. Геометрия. 10-11 класс : учебник для учащихся общеобразовательных учреждений (базовый и профильный уровни) / И. М. Смирнова, В. А. Смирнов. – 5-е издание, исправленное и дополненное – М. : Мнемозина, 2008. – 288 с. : ил.
2. Геометрия. 10-11 класс: Учебник для общеобразовательных учебных заведений / Шарыгин И. Ф. – М.: Дрофа, 1999. – 208 с.: ил.
3. Геометрия. 10 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений с углубленным и профильным изучением математики /Е. В. Потоскуев, Л. И. Звалич. – 6-е издание, стереотип. – М. : Дрофа, 008. – 233 с. :ил.
Рекомендованные ссылки на ресурсы интернет
1. Якласс (Источник)
2. Фестиваль педагогических идей "Открытый урок" (Источник)
3. Построение сечений тетраэдра (Источник)
Рекомендованное домашнее задание
1. Геометрия. 10-11 класс: учебник для учащихся общеобразовательных учреждений (базовый и профильный уровни) / И. М. Смирнова, В. А. Смирнов. – 5-е издание, исправленное и дополненное – М.: Мнемозина, 2008. – 288 с.: ил.
Задания 13, 14, 15 стр. 50
2. М - середина ребра АDтетраэдра АВСD. Постройте сечение тетраэдра плоскостью, проходящей через точку М и параллельной плоскости АВС. Найдите периметр сечения, если АВ = 5 см, ВС = 7 см, АС = 4 см.
3. В тетраэдре SABC точка О лежит в плоскости ABC, а точка М - на отрезке SO. Постройте сечения тетраэдра плоскостью BMC.
4. Каждое ребро тетраэдра DABC равно 2 см. Постройте сечение тетраэдра плоскостью, проходящей через точки B, C и середину ребра AD. Вычислите периметр сечения.