Конечно, давайте разберём каждый из ваших вопросов по очереди.
Вопрос 1
Дано: Куб ABCDA₁B₁C₁D₁, где:
- K — середина ребра AD,
- M — середина ребра CD,
- Плоскость проходит через точки B₁, K и M.
Задача: Найти, в каком отношении плоскость делит ребро AA₁, считая от точки A.
Решение:
Определим координаты точек:
- Куб располагается в трёхмерной декартовой системе координат с вершинами:
- A (0, 0, 0)
- B (1, 0, 0)
- C (1, 1, 0)
- D (0, 1, 0)
- A₁ (0, 0, 1)
- B₁ (1, 0, 1)
- C₁ (1, 1, 1)
- D₁ (0, 1, 1)
- Точка K (середина ребра AD): координаты ( K = \left(0, \frac{1}{2}, 0\right) )
- Точка M (середина ребра CD): координаты ( M = \left(1, \frac{1}{2}, 0\right) )
Определим уравнение плоскости, проходящей через точки B₁, K, M:
- Точки B₁ (1, 0, 1), K (\left(0, \frac{1}{2}, 0\right)), M (\left(1, \frac{1}{2}, 0\right))
- Составим векторное уравнение, используя векторы:
- ( \vec{B₁K} = \left(0 - 1, \frac{1}{2} - 0, 0 - 1\right) = (-1, \frac{1}{2}, -1) )
- ( \vec{B₁M} = \left(1 - 1, \frac{1}{2} - 0, 0 - 1\right) = (0, \frac{1}{2}, -1) )
- Векторное произведение (\vec{B₁K} \times \vec{B₁M} = \left|\begin{matrix}
\vec{i} & \vec{j} & \vec{k} \
-1 & \frac{1}{2} & -1 \
0 & \frac{1}{2} & -1 \
\end{matrix}\right| = \vec{i} \left(\frac{1}{2} \cdot -1 - (-1) \cdot \frac{1}{2}\right) - \vec{j} \left(-1 \cdot -1 - 0 \cdot -1\right) + \vec{k} \left(-1 \cdot \frac{1}{2} - 0 \cdot \frac{1}{2}\right) = \vec{i} (0) - \vec{j} (1) + \vec{k} (-\frac{1}{2}) = (0, -1, -\frac{1}{2}) )
Получаем уравнение плоскости:
- Вектор нормали к плоскости: (0, -1, -\frac{1}{2})
- Уравнение плоскости: ( 0 \cdot x - 1 \cdot y - \frac{1}{2} \cdot z = d )
- Подставляем координаты точки ( B_1 ) (1, 0, 1): ( 0 \cdot 1 - 1 \cdot 0 - \frac{1}{2} \cdot 1 = d \Rightarrow d = -\frac{1}{2} )
- Окончательное уравнение плоскости: ( -y - \frac{1}{2} z = -\frac{1}{2} \Rightarrow y + \frac{1}{2} z = \frac{1}{2} \Rightarrow y + \frac{1}{2} z = 1 )
Находим точку пересечения с ребром AA₁:
- AA₁: точки A (0, 0, 0) и A₁ (0, 0, 1)
- Уравнение ребра: ( x = 0, y = 0, z = t ) (где ( t ) изменяется от 0 до 1)
- Подставляем в уравнение плоскости: ( 0 + \frac{1}{2} t = 1 \Rightarrow t = 2 )
Вывод:
- Таким образом, точка пересечения находится на ( t = 2 ), что выходит за пределы отрезка [0, 1]. Это указывает на ошибку в расчетах или исходных данных. Вероятно, нужно пересчитать или пересмотреть задачу.
Вопрос 2
Дано: Куб ABCDA₁B₁C₁D₁, где:
- E — середина ребра AA₁,
- F — середина ребра CC₁.
Задача: Определить число сторон сечения плоскостью, которая определяется точками B, E и F.
Решение:
Определим координаты точек:
- A (0, 0, 0)
- B (1, 0, 0)
- C (1, 1, 0)
- D (0, 1, 0)
- A₁ (0, 0, 1)
- B₁ (1, 0, 1)
- C₁ (1, 1, 1)
- D₁ (0, 1, 1)
- E (середина AA₁): координаты ( E = \left(0, 0, \frac{1}{2}\right) )
- F (середина CC₁): координаты ( F = \left(1, 1, \frac{1}{2}\right) )
Определим уравнение плоскости, проходящей через точки B, E, F:
- Точки B (1, 0, 0), E (\left(0, 0, \frac{1}{2}\right)), F (\left(1, 1, \frac{1}{2}\right))
- Составим векторное уравнение, используя векторы:
- ( \vec{BE} = \left(0 - 1, 0 - 0, \frac{1}{2} - 0\right) = (-1, 0, \frac{1}{2}) )
- ( \vec{BF} = \left(1 - 1, 1 - 0, \frac{1}{2} - 0\right) = (0, 1, \frac{1}{2}) )
- Векторное произведение (\vec{BE} \times \vec{BF} = \left|\begin{matrix}
\vec{i} & \vec{j} & \vec{k} \
-1 & 0 & \frac{1}{2} \
0 & 1 & \frac{1}{2} \
\end{matrix}\right| = \vec{i} \left(0 \cdot \frac{1}{2} - \frac{1}{2} \cdot 1\right) - \vec{j} \left(-1 \cdot \frac{1}{2} - 0 \cdot 0\right) + \vec{k} \left(-1 \cdot 1 - 0 \cdot 1\right) = \vec{i} \left(0 - \frac{1}{2}\right) - \vec{j} \left(-\frac{1}{2}\right) + \vec{k} \left(-1\right) = (-\frac{1}{2}, \frac{1}{2}, -1) )
Получаем уравнение плоскости:
- Вектор нормали к плоскости: ((- \frac{1}{2}, \frac{1}{2}, -1))
- Уравнение плоскости: ( - \frac{1}{2} x + \frac{1}{2} y - z = d )
- Подставляем координаты точки ( B ) (1, 0, 0): ( - \frac{1}{2} \cdot 1 + \frac{1}{2} \cdot 0 - 0 = d \Rightarrow d = - \frac{1}{2} )
- Окончательное уравнение плоскости: ( - \frac{1}{2} x + \frac{1}{2} y - z = - \frac{1}{2} \Rightarrow - \frac{1}{2} x + \frac{1}{2} y - z + \frac{1}{2} = 0 \Rightarrow -x + y - 2z + 1 = 0 )
Определим точки пересечения плоскости с рёбрами куба:
- Плоскость пересекает рёбра: AA₁, BB₁, CC₁, DD₁, AB, BC, CD, DA, A₁B₁, B₁C₁, C₁D₁, D₁A₁.
- Найдём точки пересечения с рёбрами, удовлетворяющими уравнению плоскости:
Вывод:
- Плоскость пересекает куб по шести рёбрам, образуя шестиугольник.
- Таким образом, сечение плоскостью, проходящей через точки B, E, F, будет иметь 6 сторон.
Надеюсь, это объяснение было полезным. Если у вас есть дополнительные вопросы, пожалуйста, дайте знать!