Г.И. Ковалева, Т.Ю. Дюмина Варьирование задачи – основа построения лабораторно-графических работ по стереометрии Основной целью данных лабораторно-графических работ по стереометрии является отработка умений находить на многогранниках расстояние от точки до прямой, угол между прямой и плоскостью, угол между плоскостями. Основу лабораторно-графических работ составили задачи, получаемые с помощью варьирования условия или заключения. Сконструированные данным образом задачи не только дают учащимся возможность применить изученные определения, отработать алгоритмы построения расстояния от точки до плоскости и углов между прямой и плоскостью, между плоскостями, но и предупреждают типичные ошибки, учат сравнивать, находить общее и особенное, анализировать условия задач, способствуют гибкости, глубине и осознанности знаний. Варьирование условия позволяет акцентировать внимание учащихся на такую важную проблему как изображение многогранников в пространстве. Суть которой заключается в том, что мы изображаем объемную фигуру на плоскости. В ходе выполнения лабораторно-графических работ учащиеся видят, что условия разные, а изображения многогранников одинаковые. Поэтому необходимые построения требуют обоснования, ссылку на определения, свойства и признаки. На наш взгляд, призмы и пирамиды должны быть определены уже на первых уроках стереометрии без определения понятия многогранника. Сделать это не сложно, так как учащиеся имеют представления о данных многогранниках. Определение призм и пирамид позволит иллюстрировать изучаемый в дальнейшем теоретический материал на этих фигурах, сформулировать и доказать ряд свойств призм и пирамид при изучении параллельности и перпендикулярности в пространстве; расширит тематику решаемых задач. Инструкция проведения лабораторно-графических работ Перед выполнением работы необходимо вспомнить с учащимися алгоритм построений. Затем учащимся предлагаются готовые бланки с изображениями многогранников, на которых они выполняют построения. Учитель проводит данную работ на доске, добиваясь от учащихся осознания выполняемых шагов путем комментирования, обоснования, ответов на вопросы и так далее. После выполнения построений учащимся можно предложить задачи, которые решаются по готовым чертежам и не требуют громоздких вычислений. Решение задач можно не записывать. Задачи рассчитаны для учащихся 10 класса (не используется понятие объема многогранников). Бланки лабораторно-графических работ в дальнейшем могут служить «шпаргалкой» для учащихся при решении более сложных задач. Алгоритм нахождения расстояния от точки до прямой M , a ? 1) Зафиксировать некоторую плоскость М , в которой лежит прямая а. 2) Из точки М опустить перпендикуляр MN к плоскости . a N F 3) Из точки N в плоскости провести перпендикуляр NF к прямой а. 4) По теореме о трех перпендикулярах MF a . Следовательно, MF – искомое расстояние. Алгоритм нахождения угла между прямой и плоскостью a, ? 1) Найти точку пересечения М прямой а К с плоскость . 2) Из точки К прямой а опустить пер- a пендикуляр КН к плоскости . 3) Соединить точки Н и М. НМ – проекН М ция прямой а на плоскость . Следовательно, KMH – искомый угол. Алгоритм нахождения угла между плоскостями , ? 1) Найти прямую а – линию пересечения А плоскостей и . 2) Из любой точки А плоскости провести перпендикуляр АК к прямой а. 3) Из точки А плоскости провести К а М перпендикуляр АМ к плоскости . 4) По теореме о трех перпендикулярах MK a . Следовательно, AKM – ли- нейный угол двугранного угла между плоскостями и . I. Расстояние от точки до прямой 1) AF (ABC). Найдите расстояние от F до CB. F F А B F А B C ΔАВС– А B C равнобедренный C ΔАВС – прямоугольный, С = 900 2) ВF (ABC). Найдите расстояние от F до АС. F ΔАВС F В А F В С В С А D – тупоугольный, С > 900 С А D D ABCD – квадрат ABCD – ромб ABCD – прямоугольник 3) BS (ABC). ABCDEF – правильный шестиугольник. Найдите расстояние от S до AB от S до AF S S B S B C C D A E B C D A F от S до EF D A F E F E Результат построений 1) AF (ABC). Найдите расстояние от F до CB. F F F А А B B А B K ΔАВС– C C C равнобедренный K ΔАВС – прямоугольный, С = 900 2) ВF (ABC). Найдите расстояние от F до АС. F ΔАВС F F В В С – тупоугольный, С > 900 В С O O А K А D ABCD – квадрат С А D ABCD – ромб D ABCD – прямоугольник 3) BS (ABC). ABCDEF – правильный шестиугольник. Найдите расстояние от S до AB от S до AF S S S B B C D A F от S до EF E K B C C D D A A F E F E Задачи 1.1.1. В основании пирамиды FABC лежит равнобедренный треугольник АВС, АВ=АС=10, ВС=12. Ребро AF перпендикулярно плоскости основания и равно 6. Найдите расстояние от вершины F до ребра ВС. О т в е т: 10. 1.1.2. В основании пирамиды FABC лежит прямоугольный треугольник АВС, С = 0 90 , ВС=12. Ребро AF перпендикулярно плоскости основания. Расстояние от вершины F до ребра ВС равно 5. Найдите расстояние от вершины F до вершины В. О т в е т: 13. 1.1.3. В основании пирамиды FABC лежит равнобедренный тупоугольный треугольник АВС, С = 1200, АС=СВ= 2 3 . Ребро AF перпендикулярно плоскости основания. Расстояние от вершины F до ребра ВС равно 5. Найдите расстояние от вершины F до плоскости АВС. О т в е т: 4. 1.2.1. В основании пирамиды FABCD лежит квадрат ABCD со стороной равной 4. Ребро BF перпендикулярно плоскости основания и равно 1. Найдите расстояние от точки F до диагонали АС. О т в е т: 3. 1.2.2. Основанием пирамиды FABCD является ромб ABCD с углом А равным 600 и радиусом вписанной окружности 3 . Ребро BF перпендикулярно плоскости основания. Найдите длину ребра BF, если расстояние от точки F до диагонали ромба АС рано 2 5 . О т в е т: 4. 1.2.3. В основании пирамиды FABCD лежит прямоугольник ABCD со сторонами 3 и 4. Ребро BF перпендикулярно плоскости основания. Найдите высоту пирамиды, если расстояние от точки F до диагонали прямоугольника АС рано 2,5. О т в е т: 0,7. 1.3.1. Основанием пирамиды SABCDEF является правильный шестиугольник ABCDEF со стороной 3 . Ребро BS перпендикулярно плоскости основания. Найдите расстояние от вершины S до стороны АВ, если расстояние от вершины S до ребра EF равно 5. О т в е т: 4. 1.3.2. В основании пирамиды SABCDEF лежит правильный шестиугольник ABCDEF со стороной 3 . Ребро BS перпендикулярно плоскости основания и равно 2. Найдите расстояние от вершины S до стороны AF. О т в е т: 2,5. 1.3.3. В основании пирамиды SABCDEF лежит правильный шестиугольник ABCDEF, большая диагональ которого равна 8 3 . Ребро BS перпендикулярно плоскости основания и равно 5. Найдите расстояние от вершины S до стороны EF. О т в е т: 13. II. Угол между прямой и плоскостью 1) АА1 (АВС). Найдите угол между СB1 и (АА1С1). А1 В1 А1 В1 С1 В1 С1 А B С1 А B С ΔАВС– А1 А B С равносторонний ΔАВС С – прямоугольный, С = 900 ΔАВС – тупоугольный, С > 900 2) АА1 (АВС). ABCDFK – правильный шестиугольник. Найдите угол между В1F и (АВС) В1F и (КК1F1) В1F и (АА1В1) B1 C1 B1 A1 C1 A1 D1 D1 K1 F1 B K1 D1 K1 F1 B C A C A D K C1 A1 F1 B C A B1 D F K D F K F 3) BD (АВС). Найдите угол между CD и (ABD). D A В С ΔАВС – равносторонний D A В D A С ΔАВС В С – прямоугольный, А = 900 ΔАВС – прямоугольный, С = 900 4) АА1 (АВС). Найдите углы между В1D и (ABC) B1D и (DD1C1) A B C D А1 к в а д р А а т A B C D А1 р о м б B1 В В B1 B1 C1 В В В D 5) BF (АВС). Найдите угол между AF и (АВС) DF и (BCF) A B C D к в а д р а т A B C D р о м б F А F В С А D В С А D F F В А CF и (ABF) F В D А С D F В С С А D C1 D1 С А D B1 А1 D1 С С D C1 А1 D1 В А D C1 D1 С А D А1 D1 С B1 C1 А1 D1 А B1 C1 B1D и (ВВ1C1) В С D А С D Результат построений 1) АА1 (АВС). Найдите угол между СB1 и (АА1С1). А1 В1 А1 В1 А1 В1 K С1 С1 С1 K А B А B С ΔАВС– А B С С равносторонний ΔАВС – прямоугольный, С = 900 ΔАВС – тупоугольный, С > 900 2) АА1 (АВС). ABCDFK – правильный шестиугольник. Найдите угол между В1F и (АВС) В1F и (КК1F1) В1F и (АА1В1) B1 B1 C1 C1 B1 A1 A1 A1 K1 F1 B F1 B C K1 C A D D K F1 B C A A D1 D1 D1 K1 C1 K F D F K F 3) BD (АВС). Найдите угол между CD и (ABD). D D K A В С ΔАВС – равносторонний A В D A K С ΔАВС В С – прямоугольный, А = 900 ΔАВС – прямоугольный, С = 900 4) АА1 (АВС). Найдите углы между В1D и (ABC) B1D и (DD1C1) A B C D А1 к в а д р А а т A B C D А1 р о м б B1 B1 C1 В В B1 В А D B1 C1 D1 С А D р о м б С D B1 C1 C1 K А1 D1 В В С А D1 В С А D А1 D1 D А D С А D D А D F В С В С В F F А F В С В А CF и (ABF) F F K А D 5) BF (АВС). Найдите угол между AF и (АВС) DF и (BCF) A B C D к в а д р а т A B C D C1 А1 D1 С B1 C1 А1 D1 B1D и (ВВ1C1) K С D С В А D Задачи 2.1.1. Сторона основания правильной призмы АВСА1В1С1 равна 2 , боковое ребро равно 71 . Найдите синус угла между прямой СВ1 и плоскостью боковой грани (АА1С1). О т в е т: 0,2. 2.1.2. Основанием прямой треугольной призмы является прямоугольный треугольник АВС: С = 900, АС=4, ВС=3. Диагональ СВ1 боковой грани образует с плоскостью боковой грани (АА1С1) угол 450. Найдите площадь боковой поверхности призмы. О т в е т: 36. 2.1.3. В основании прямой треугольной призмы лежит равнобедренный тупоугольный треугольник АВС: С = 1350, АС=СВ= 3 2 . Диагональ СВ1 боковой грани образует с плоскостью боковой грани (АА1С1) угол, синус которого равен 3 . Найдите длину диаго5 нали СВ1. О т в е т: 5. 2.2.1. Найдите сторону основания правильной шестиугольной призмы, у которой большая диагональ равна 24 и составляет с плоскостью основания угол 600. О т в е т: 6. 2.2.2.Чему равна сторона основания правильной шестиугольной призмы ABCDFKA1B1C1D1F1K1, у которой диагональ В1F равна 4 3 и составляет с плоскостью боковой грани (КК1F1) угол 300. О т в е т: 2. 2.2.3. ABCDFKA1B1C1D1F1K1 – правильная шестиугольная призма, сторона основания и высота которой равны 3 и 2 6 соответственно. Найдите угол между диагональю В1F и плоскостью боковой грани (АА1В1). О т в е т: 300. 2.3.1. В основании пирамиды DABC лежит равносторонний треугольник АВС, АВ=4. Ребро BD перпендикулярно плоскости основания и равно 4 2 . Какой угол составляет ребро CD с плоскостью боковой грани (ABD)? О т в е т: 300. 2.3.2.Основанием пирамиды DABC служит равнобедренный прямоугольный треугольник АВС: А = 900, АС=АВ=4. Ребро BD перпендикулярно плоскости основания и равно ВС. Найдите угол наклона ребра CD к плоскости боковой грани (ABD). О т в е т: 300. 2.3.3. В основании пирамиды DABC лежит прямоугольный треугольник АВС: С = 0 90 , АС=4, ВС=3. Ребро BD перпендикулярно плоскости основания, а ребро CD составляет с плоскостью боковой грани (ABD) угол 300. Найдите косинус угла между ребром CD и плоскостью основания. 5 О т в е т: . 8 2.4.1. Диагональ B1D прямого параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 составляет с плоскостью нижнего основания угол 450. Чему равна высота параллелепипеда, если его основанием служит а) квадрат со стороной 4 2 ; б) ромб со стороной 4 и острым углом 600. О т в е т: 8; 4. 2.4.2. а) Диагональ B1D прямого параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 составляет с плоскостью боковой грани (DD1C) угол 450. Докажите, что основанием параллелепипеда не может быть квадрат. б) Основанием прямого параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 служит ромб со стороной 2 6 и острым углом 600. Найдите длину диагонали B1D параллелепипеда, составляющей с плоскостью боковой грани (DD1C) угол 450. О т в е т: 6. 2.4.3. а) Найдите угол между диагональю B1D прямого параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 с плоскостью боковой грани (ВВ1C1), если основанием параллелепипеда служит квадрат, длина диагонали которого равна высоте параллелепипеда. О т в е т: 300. б) Найдите синус угла между диагональю B1D, равной 10, и плоскостью боковой грани (ВВ1C1) прямого параллелепипеда ABCDA1B1C1D1, если его основанием служит ромб с острым углом 300 и площадью 18. О т в е т: 0,3. 0 2.5.1.а) FABCD – пирамида. FB ABC . ABCD – квадрат. FAC 60 . Какой угол составляет ребро AF с плоскостью основания? О т в е т: 450. б) FABCD – пирамида. FB ABC . FB 8 . ABCD – ромб. ABC 120 0 . AC 6 3 . Найдите котангенс угла между ребром AF и плоскостью основания. О т в е т: 0,75. 2.5.2. а) FABCD – пирамида. FB ABC . ABCD – квадрат со стороной 2 . Угол между ребром DF и плоскостью (BCF) равен 300. Найдите длину высоты пирамиды. О т в е т: 2. 0 б) FABCD – пирамида. FB ABC . ABCD – ромб. BAD 45 . AB 3 2 . Найдите длину большего ребра пирамиды, если синус угла наклона данного ребра к плоскости боковой грани пирамиды, не содержащей данное ребро, равен 0,6. О т в е т: 5. 2.5.3. а) FABCD – пирамида. FB ABC . ABCD – квадрат со стороной 1. Большее ребро пирамиды равно 5 . Найдите угол наклона ребра CF к плоскости (ABF). О т в е т: 300. б) FABCD – пирамида. FB ABC . ABCD – ромб. BAD 60 0 . BD 2 3 . Ребро CF составляет с плоскостью (ABF) угол, синус которого равен 0,6. Найдите длины равных боковых ребер пирамиды. О т в е т: 5. III. Угол между плоскостями 1) AC BD O . FO ABC . Найдите угол между (ABC) и (FDC) (FDC) и (FBC) A B C D к в а д р а т A B C D р о м б (ABF) и (FDC) F F F O O O F D A D A D A F F C B C B O O D A O D A D A р о м б В F В С В С А D D F В С D F В А С А D F А (AFD) и (FBC) F F А C B 2) FB (ABC). Найдите угол между (ABC) и (FDC) (AFB) и (FBC) A B C D к в а д р а т A B C D C B C B C B В С D А С D 3) AF (ABC). Найдите угол между (ABC) и (FCB). F F F А А B C ΔАВС– А B B C C равнобедренный ΔАВС – прямоугольный, С = 900 ΔАВС – тупоугольный, С > 900 4) SB (ABC). ABCDEF – правильный шестиугольник. Найдите угол между (SAB) и (SBC) (SFЕ) и (ABC) (ASF) и (ABC) S S B S B C B C D D A A (ASF) и (SCD) S B D A E S B C E F (ASB) и (SDE) S F E F (FSЕ) и (DSE) D A E F C B C C D A D A F E F E 5) ABCDA1B1C1D1 – прямой параллелепипед. Найдите угол (AА1C1) и (BB1D1) (ABC) и (AB1C1) A B C D к в а д р а т п а р а л л е л о г р а м м C1 B1 A1 A1 A1 B C A1 D1 A1 D A1 B A C1 B1 D1 C C D A C1 B1 D1 B B C D A C1 B1 C1 B1 D1 D A A C1 B1 D1 B (ABC) и (AB1C) D1 B C D A C D Результат построений 1) AC BD O . FO ABC . Найдите угол между (ABC) и (FDC) (FDC) и (FBC) A B C D к в а д р а т A B C D (ABF) и (FDC) F F F K F K р о м б O D C B C B A O K O D A D A р о м б В А А D С В А D D D F В С А С В F F А F В С K (AFD) и (FBC) F F C B 2) FB (ABC). Найдите угол между (ABC) и (FDC) (AFB) и (FBC) A B C D к в а д р а т A B C D K D A F F C O D A D A B O K O C B C B С D В А K С D 3) AF (ABC). Найдите угол между (ABC) и (FCB). F F F А А B А B B K ΔАВС– C C C равнобедренный ΔАВС K – прямоугольный, С = 900 ΔАВС – тупоугольный, С > 900 4) SB (ABC). ABCDEF – правильный шестиугольник. Найдите угол между (SAB) и (SBC) (SFЕ) и (ABC) (ASF) и (ABC) S S B S B C C D A B D A E F S B C D A E B C D A F (ASF) и (SCD) S B F E F (ASB) и (SDE) S D A E F (FSЕ) и (DSE) K C E K C D A F E 5) ABCDA1B1C1D1 – прямой параллелепипед. Найдите угол (AА1C1) и (BB1D1) (ABC) и (AB1C1) (ABC) и (AB1C) A B C D к в а д р а т п а р а л л е л о г р а м м B1 B1 C1 C1 A1 A1 D1 B1 B1 A B A C1 A1 D1 C D D B1 C1 A1 D1 B C O D C1 B C A A1 A D1 B C D A C1 A1 D1 B B1 K D1 B C D C K A D Задачи 3.1.1. а) Основанием пирамиды FABCD служит квадрат со стороной 16. Вершина пирамиды проецируется в центр основания. Высота пирамиды равна 8. Какой угол составляет плоскость боковой грани (FDC) с плоскостью основания? О т в е т: 450. б) Основанием пирамиды FABCD является ромб со стороной 16 и углом 300. Вершина пирамиды проецируется в точку пересечения диагоналей ромба. Высота пирамиды равна 8. Чему равен тангенс угла наклона боковой грани (FDC) к плоскости основания? О т в е т: 2. 3.1.2. а) Основанием пирамиды служит квадрат. Вершина пирамиды проецируется в центр основания. Докажите, что угол между смежными боковыми гранями не может быть равен 600. б) FABCD – пирамида. ABCD – ромб. AC BD O . FO ABC . ÀÂ 12 . BAD 60 0 . Расстояние от точки пересечения диагоналей ромба до большего бокового ребра равно 6. Найдите угол между плоскостями (FDC) и (FBC). О т в е т: 900. 3.1.3. а) Основанием пирамиды служит квадрат со стороной 2. Вершина пирамиды проецируется в центр основания. Угол между несмежными боковыми гранями пирамиды равен 600. Найдите площадь боковой поверхности пирамиды. О т в е т: 8. б) Основанием пирамиды FABCD является ромб со стороной 12. Вершина пирамиды проецируется в точку пересечения диагоналей ромба. Высота пирамиды равна 3 3 . Угол между плоскостями (ABF) и (FDC) равен 600. Найдите площадь боковой поверхности пирамиды. О т в е т: 144. 3.2.1. а) Основанием пирамиды является квадрат, диагональ которого равна 3 2 . Плоскости двух боковых граней перпендикулярны к плоскости основания, а две другие боковые грани образуют с основанием углы по 450. Чему равна высота пирамиды? О т в е т: 3. 0 б) Основанием пирамиды служит ромб со стороной 12 и углом 150 . Высота пирамиды равна 9. Плоскости двух боковых граней перпендикулярны к плоскости основания. Найдите тангенс угла наклона двух других боковых граней к плоскости основания. О т в е т: 1,5. 3.2.2. а) FABCD – пирамида. ABCD – ромб. FB ABC . ABF , BCF 90 0 . AC AF 6 2 . Найдите длину ребра FB. О т в е т: 6. б) FABCD – пирамида. ABCD – ромб. FB ABC . ABF , BCF 120 0 . AC AF 6 . Найдите длину ребра FB. О т в е т: 2. 3.2.3. а) FABCD – пирамида. ABCD – квадрат. FB ABC . FB 4 . Косинус угла между плоскостями (AFD) и (FBC) равен 0,8. Найдите площадь боковой поверхности пирамиды. О т в е т: 27. б) FABCD – пирамида. ABCD – ромб. ÀÂ 6 . BAD 300 . FB ABC . Косинус угла между плоскостями (AFD) и (FBC) равен 0,8. Найдите площадь боковой поверхности пирамиды. О т в е т: 54. 3.3.1. FABC – пирамида. AF ABC . Расстояние между прямыми AF и BC равно 6. Плоскость (FBC) составляет с плоскостью (ABC) угол, тангенс которого равен 0,75. Найдите высоту пирамиды. О т в е т: 4,5. 3.3.2. FABC – пирамида. AF ABC . BC AFC , ÂÑ 3 . Косинус угла между плоскостями (AFC) и (AFB) равен 0,8. Котангенс угла между плоскостями (FBC) и (ABC) равен 2,5. Найдите высоту пирамиды. О т в е т: 1,6. 3.3.3. Основание пирамиды FABC служит тупоугольный равнобедренный треугольник 9 2 ABC, площадь которого равна , AC CB 3 2 . AF ABC , AF 6 . Найдите ко2 тангенс угла между плоскостями (FBC) и (ABC). О т в е т: 0,5. 3.4. SABCDEF – пирамида. BS ABC . ABCDEF – правильный шестиугольник. Найдите: 1) Косинус угла между плоскостями (SAB) и (SBC). О т в е т: – 0,5. 2) Угол между плоскостями (SFЕ) и (ABC), если AB BS . О т в е т: 300. 3) Высоту пирамиды, если AB 6 , угол между плоскостями (ASF) и (ABC) равен 600. О т в е т: 9. 4) Угол между плоскостями (FSЕ) и (DSE), если расстояние от вершины F до большего ребра пирамиды равно стороне основания. О т в е т: 1200. 5) Угол между плоскостями (ASB) и (SDE), если AB BS . О т в е т: 600. 6) Угол между плоскостями (ASF) и (SCD), если AB 6 , BS 9 . О т в е т: 600. 3.5.1 а) ABCDA1B1C1D1 – прямой параллелепипед. Найдите угол между плоскостями (AА1C1) и (BB1D1), если ABCD – квадрат. О т в е т: 900. б) Основанием прямой призмы ABCDA1B1C1D1 является параллелограмм ABCD, в котором AB 10 , AC 24 , BD 20 . Найдите синус угла между плоскостями (AА1C1) и (BB1D1). О т в е т: 0,8. 3.5.2 а) ABCDA1B1C1D1 – прямой параллелепипед. ABCD – квадрат. AC 3 2 . ÀÀ1 4 . Найдите косинус угла наклона плоскости AB1 D к плоскости основания параллелепипеда. О т в е т: 0,6. б) Основанием прямой призмы ABCDA1B1C1D1 является параллелограмм ABCD, в котором AB 5 , BAD 300 . Высота призмы равна 3. Найдите тангенс угла между плоскостью основания и плоскостью AB1 D . О т в е т: 1,2. 3.5.3 а) ABCDA1B1C1D1 – прямой параллелепипед. ABCD – квадрат. Косинус угла меж1 ду плоскостями (ABC) и (AB1C) равен . Во сколько раз высота параллелепипеда больше 3 стороны основания? О т в е т: в 2 раза. б) ABCDA1B1C1D1 – прямой параллелепипед. ABCD – параллелограмм, AB 6 , CAB 300 . Синус угла между плоскостями (ABC) и (AB1C) равен 0,8. Найдите высоту параллелепипеда. О т в е т: 4.