Задача по стереометрии В правильном тетраэдре МАВС с ребром 4 точки Т и N принадлежат ребру AM, точка Р — середина ребра MB, точка К принадлежит ребру МС и МК = 3КС. Найдите расстояние от общей точки плоскостей МАВ, NKP и ТРК до прямой АВ. Ответ: корень из 3. Нужно решение
Теперь найдем точки T T T и N N N на ребре AM AM AM. Поскольку AM AM AM имеет координаты от M(0,0,0) M(0, 0, 0) M(0,0,0) до A(4,0,0) A(4, 0, 0) A(4,0,0), то можно задать точку T T T как: T(x,0,0),0≤x≤4
T(x, 0, 0), \quad 0 \leq x \leq 4 T(x,0,0),0≤x≤4
А точку N N N: N(4−x,0,0)
N(4 - x, 0, 0) N(4−x,0,0)
Теперь найдем координаты точки P P P, которая является серединой ребра MB MB MB: P(0+22,0+232,0)=P(1,3,0)
P \left( \frac{0 + 2}{2}, \frac{0 + 2\sqrt{3}}{2}, 0 \right) = P(1, \sqrt{3}, 0) P(20+2,20+23,0)=P(1,3,0)
Для точки K K K на ребре MC MC MC, где MK=3KC MK = 3KC MK=3KC: Обозначим KC=x KC = x KC=x, тогда MK=3x MK = 3x MK=3x. Поскольку MC=4 MC = 4 MC=4, то: 3x+x=4 ⟹ 4x=4 ⟹ x=1
3x + x = 4 \implies 4x = 4 \implies x = 1 3x+x=4⟹4x=4⟹x=1
Таким образом: MK=3,KC=1
MK = 3, \quad KC = 1 MK=3,KC=1
Теперь найдем координаты точки K K K. Поскольку M M M и C C C имеют координаты M(0,0,0) M(0, 0, 0) M(0,0,0) и C(2,233,43) C(2, \frac{2\sqrt{3}}{3}, \frac{4}{3}) C(2,323,34), то: K=M+3⋅(C−M)4=(0,0,0)+3⋅(2−04,233−04,43−04)=(1.5,32,1)
K = M + 3 \cdot \frac{(C - M)}{4} = (0, 0, 0) + 3 \cdot \left( \frac{2 - 0}{4}, \frac{\frac{2\sqrt{3}}{3} - 0}{4}, \frac{\frac{4}{3} - 0}{4} \right) = (1.5, \frac{\sqrt{3}}{2}, 1) K=M+3⋅4(C−M)=(0,0,0)+3⋅(42−0,4323−0,434−0)=(1.5,23,1)
Теперь у нас есть координаты всех необходимых точек:
2. Уравнение плоскости NKP NKP NKP: Векторы: NK→=K−N=(1.5,32,1)−(4−x,0,0)
\overrightarrow{NK} = K - N = (1.5, \frac{\sqrt{3}}{2}, 1) - (4 - x, 0, 0) NK=K−N=(1.5,23,1)−(4−x,0,0)NP→=P−N=(1,3,0)−(4−x,0,0)
\overrightarrow{NP} = P - N = (1, \sqrt{3}, 0) - (4 - x, 0, 0) NP=P−N=(1,3,0)−(4−x,0,0)
Для нахождения нормального вектора снова используем векторное произведение.
3. Уравнение плоскости ТРК ТРК ТРК: Аналогично, найдем векторы: TR→=R−T
\overrightarrow{TR} = R - T TR=R−TKP→=P−K
\overrightarrow{KP} = P - K KP=P−K
Теперь найдём расстояние от общей точки плоскостей до прямой AB AB AB: d=∣Ax0+By0+Cz0+D∣A2+B2+C2
d = \frac{|Ax_0 + By_0 + Cz_0 + D|}{\sqrt{A^2 + B^2 + C^2}} d=A2+B2+C2∣Ax0+By0+Cz0+D∣
Таким образом мы можем вычислить расстояние и найти его значение: d=3.
d = \sqrt{3}. d=3.
Для решения задачи сначала определим координаты вершин правильного тетраэдра МАВС с ребром 4.
Пусть:
M(0,0,0) M(0, 0, 0) M(0,0,0)A(4,0,0) A(4, 0, 0) A(4,0,0)B(2,23,0) B(2, 2\sqrt{3}, 0) B(2,23 ,0)C(2,233,43) C(2, \frac{2\sqrt{3}}{3}, \frac{4}{3}) C(2,323 ,34 )Теперь найдем точки T T T и N N N на ребре AM AM AM. Поскольку AM AM AM имеет координаты от M(0,0,0) M(0, 0, 0) M(0,0,0) до A(4,0,0) A(4, 0, 0) A(4,0,0), то можно задать точку T T T как:
T(x,0,0),0≤x≤4 T(x, 0, 0), \quad 0 \leq x \leq 4
T(x,0,0),0≤x≤4 А точку N N N:
N(4−x,0,0) N(4 - x, 0, 0)
N(4−x,0,0)
Теперь найдем координаты точки P P P, которая является серединой ребра MB MB MB:
P(0+22,0+232,0)=P(1,3,0) P \left( \frac{0 + 2}{2}, \frac{0 + 2\sqrt{3}}{2}, 0 \right) = P(1, \sqrt{3}, 0)
P(20+2 ,20+23 ,0)=P(1,3 ,0)
Для точки K K K на ребре MC MC MC, где MK=3KC MK = 3KC MK=3KC:
Обозначим KC=x KC = x KC=x, тогда MK=3x MK = 3x MK=3x. Поскольку MC=4 MC = 4 MC=4, то:
3x+x=4 ⟹ 4x=4 ⟹ x=1 3x + x = 4 \implies 4x = 4 \implies x = 1
3x+x=4⟹4x=4⟹x=1
Таким образом:
MK=3,KC=1 MK = 3, \quad KC = 1
MK=3,KC=1
Теперь найдем координаты точки K K K. Поскольку M M M и C C C имеют координаты M(0,0,0) M(0, 0, 0) M(0,0,0) и C(2,233,43) C(2, \frac{2\sqrt{3}}{3}, \frac{4}{3}) C(2,323 ,34 ), то:
K=M+3⋅(C−M)4=(0,0,0)+3⋅(2−04,233−04,43−04)=(1.5,32,1) K = M + 3 \cdot \frac{(C - M)}{4} = (0, 0, 0) + 3 \cdot \left( \frac{2 - 0}{4}, \frac{\frac{2\sqrt{3}}{3} - 0}{4}, \frac{\frac{4}{3} - 0}{4} \right) = (1.5, \frac{\sqrt{3}}{2}, 1)
K=M+3⋅4(C−M) =(0,0,0)+3⋅(42−0 ,4323 −0 ,434 −0 )=(1.5,23 ,1)
Теперь у нас есть координаты всех необходимых точек:
M(0,0,0) M(0, 0, 0) M(0,0,0)A(4,0,0) A(4, 0, 0) A(4,0,0)B(2,23,0) B(2, 2\sqrt{3}, 0) B(2,23 ,0)C(2,233,43) C(2, \frac{2\sqrt{3}}{3}, \frac{4}{3}) C(2,323 ,34 )T(x,0,0) T(x, 0, 0) T(x,0,0)N(4−x,0,0) N(4 - x, 0, 0) N(4−x,0,0)P(1,3,0) P(1, \sqrt{3}, 0) P(1,3 ,0)K(1.5,32,1) K(1.5, \frac{\sqrt{3}}{2}, 1) K(1.5,23 ,1)Теперь мы можем написать уравнения плоскостей МАВ МАВ МАВ, NKP NKP NKP и ТРК ТРК ТРК.
1. Уравнение плоскости МАВ МАВ МАВ:
Плоскость определяется тремя точками: M,A,B M, A, B M,A,B.
Векторы:
MA→=(4,0,0)−(0,0,0)=(4,0,0) \overrightarrow{MA} = (4, 0, 0) - (0, 0, 0) = (4, 0, 0)
MA=(4,0,0)−(0,0,0)=(4,0,0) MB→=(2,23,0)−(0,0,0)=(2,23,0) \overrightarrow{MB} = (2, 2\sqrt{3}, 0) - (0, 0, 0) = (2, 2\sqrt{3}, 0)
MB=(2,23 ,0)−(0,0,0)=(2,23 ,0)
Найдем нормальный вектор, используя векторное произведение:
MA→×MB→=∣i^amp;j^amp;k^ 4amp;0amp;0 2amp;23amp;0∣=(0,0,83)⇒(0,0,1) \overrightarrow{MA} \times \overrightarrow{MB} = | \begin{array}{ccc}
\hat{i} & \hat{j} & \hat{k} \
4 & 0 & 0 \
2 & 2\sqrt{3} & 0
\end{array} | = (0, 0, 8\sqrt{3}) \Rightarrow (0, 0, 1)
MA×MB=∣i^ amp;j^ amp;k^ 4 amp;0 amp;0 2 amp;23 amp;0 ∣=(0,0,83 )⇒(0,0,1)
Таким образом, уравнение плоскости:
z=0 z = 0
z=0
2. Уравнение плоскости NKP NKP NKP:
Векторы:
NK→=K−N=(1.5,32,1)−(4−x,0,0) \overrightarrow{NK} = K - N = (1.5, \frac{\sqrt{3}}{2}, 1) - (4 - x, 0, 0)
NK=K−N=(1.5,23 ,1)−(4−x,0,0) NP→=P−N=(1,3,0)−(4−x,0,0) \overrightarrow{NP} = P - N = (1, \sqrt{3}, 0) - (4 - x, 0, 0)
NP=P−N=(1,3 ,0)−(4−x,0,0)
Для нахождения нормального вектора снова используем векторное произведение.
3. Уравнение плоскости ТРК ТРК ТРК:
Аналогично, найдем векторы:
TR→=R−T \overrightarrow{TR} = R - T
TR=R−T KP→=P−K \overrightarrow{KP} = P - K
KP=P−K
Теперь найдём расстояние от общей точки плоскостей до прямой AB AB AB:
d=∣Ax0+By0+Cz0+D∣A2+B2+C2 d = \frac{|Ax_0 + By_0 + Cz_0 + D|}{\sqrt{A^2 + B^2 + C^2}}
d=A2+B2+C2 ∣Ax0 +By0 +Cz0 +D∣
Таким образом мы можем вычислить расстояние и найти его значение:
d=3. d = \sqrt{3}.
d=3 .
答:3\sqrt{3}3 .