ЕГЭ Профиль
Задание 2992
Внутри куба расположены два равных шара, касающихся друга. При этом один шар касается трех граней куба, имеющих общую вершину, а другой касается трех оставшихся граней.
а) Докажите, что центры шаров принадлежат диагонали куба, исходящей из общей для граней вершины.
б) Найдите радиусы этих шаров, если ребро куба равно 13.
a) Пусть шар с центром в точке $$O_1$$ касается граней $$ABCD,AA_1D_1D,AA_1B_1B$$, соответственно шар с центром в точке $$O_2$$ касается граней $$A_1B_1C_1D_1,BB_1C_1C,DD_1C_1C$$.
Так как первый шар касается граней $$AA_1B_1B,AA_1D_1D$$, то его центр $$O_1$$ равноудален от указанных граней, то есть лежит на биссекторной плоскости двугранного угла c ребром $$AA_1$$, то есть на плоскости $$AA_1C_1C$$ (с учетом того, что $$ABCDA_1B_1C_1D_1$$ – куб).
Так первый шар касается граней $$ABCD,AA_1D_1D$$, то его центр $$O_1$$ равноудален от указанных граней, то есть лежит на биссекторной плоскости двугранного угла c ребром $$AD$$, то есть на плоскости $$AB_1C_1D$$ (с учетом того, что $$ABCDA_1B_1C_1D_1$$ – куб).
Но тогда точка $$O_1$$ лежит на прямой пересечения плоскостей $$AA_1C_1C,AB_1C_1D$$, то есть на $$AC_1$$ (естественно, раз шар находится внутри куба, то $$O_1$$ – точка отрезка $$AC_1$$).
Рассуждая аналогичным образом, приходим к тому, что и точка $$O_2$$ лежит на отрезке $$AC_1$$.
б) Очевидно, $$A_1C_1=13\sqrt2$$, $$AC_1=13\sqrt3$$. Очевидно, в силу симметрии, $$AO_1=C_1O_2$$ и $$AO_1=C_1O_2=\frac{13\sqrt3-2r}{2}$$, где $$r$$ – радиусы шаров.
Пусть, например, $$K_2$$ – точка касания второго шара с гранью $$A_1B_1C_1D_1$$ ($$K_2$$ принадлежит $$A_1C_1$$).
Треугольники $$AA_1C_1,O_2K_2C_1$$ подобны по двум углам, тогда $$\frac{AA_1}{O_2K_2}=\frac{AC_1}{O_2C_1}$$; $$\frac{13}{r}=\frac{13\sqrt2}{\frac{13\sqrt3-2r}{2}}$$; $$\frac{1}{r}=\frac{2\sqrt2}{13\sqrt3-2r}$$; $$2\sqrt2 r=13\sqrt3-2r$$; $$r(2\sqrt2+2)=13\sqrt3$$; $$r=\frac{13\sqrt3}{2\sqrt2+2}$$.
Задание 3425
В одном основании прямого кругового цилиндра с высотой 12 и радиусом основания 6 проведена хорда AB, равная радиусу основания, а в другом его основании проведён диаметр CD, перпендикулярный AB. Построено сечение ABNM, проходящее через прямую AB перпендикулярно прямой CD так, что точка C и центр основания цилиндра, в котором проведён диаметр CD, лежат с одной стороны от сечения.
а)
1) Опустим $$BN\perp$$ основанию $$\Rightarrow$$ $$BN\perp CD$$
2) Проведем $$MN\parallel AB$$ $$\Rightarrow$$ $$CD\parallel MN$$ $$\Rightarrow$$ $$(ABNM)$$ - ИСКОМАЯ
3) т.к. $$MN\parallel AB$$ и $$AB=MN$$ $$\Rightarrow$$ ABNM - прямоугольник $$\Rightarrow$$ $$MB=AN$$ ч.т.д.
б) $$V_{CABNM}=\frac{1}{3}CR\cdot S_{ABNM}=\frac{1}{3}(CO+OR)\cdot AB\cdot BN$$
$$AB=CO=6$$; $$BN=12$$
из $$\bigtriangleup OMN$$ - равносторонний:
$$OR=\frac{\sqrt{3}}{2}OM$$ $$(\angle M=60^{\circ})$$ $$\Rightarrow$$ $$OR=\frac{\sqrt{3}}{2}\cdot6=3\sqrt{3}$$
$$V_{CABNM}=\frac{1}{3}\cdot(6+3\sqrt{3})\cdot6\cdot12=144+72\sqrt{3}$$
Задание 4362
Диаметр окружности основания цилиндра равен 26, образующая цилиндра равна 21. Плоскость пересекает его основания по хордам длины 24 и 10. Расстояние между этими хордами равно $$\sqrt{730}$$
Задание 4573
В правильной шестиугольной пирамиде $$PABCDEF$$ боковое ребро наклонено к основанию под углом $$\alpha=\arctan\frac{\sqrt{3}}{2}$$.
Задание 5289
В конусе с вершиной в точке Р высота $$PO=\sqrt{7}$$. В его основании проведена хорда АВ, отстоящая от точки О на расстоянии, равном 3. Известно, что радиус основания конуса равен 5.
А) 1) Пусть $$(PC)\perp (AB)$$, $$c \in (AB)$$, тогда по теореме о 3-х перпендикулярах: $$(OC)\perp (AB)$$, $$\left | OC \right |=3$$
2) Из $$\Delta OPC:\left | PC \right |=\sqrt{\left | PO \right |^{2}+\left | OC \right |^{2}}=4$$
3) С другой стороны : $$\left | AB \right |=2\left | BC \right |=8=2\left | PC \right |$$ ($$\Delta BOC$$ - равнобедренный, соедовательно, высота является еще и медианой)
Б) 1) Пусть Q-центр сферы, описанной около пирамиды POAB . Тогда , в силу симметрии, $$Q \in (OPC)$$. Пусть $$D \in (OP)$$, $$\left | PD \right |=\left | DO \right |$$, тогда $$\left | OQ \right |:{2} (QD)\perp (PO)$$ . Так как $$(AB)\perp (OCP)$$ и $$\left | CB \right |=\left | AC \right |$$, то $$(OD)\left | \right |(CO)$$
2) Рассмотрим систему координат :O- начало, ось Oz-вдоль [OP], (Ox) вдоль [OC), $$(Oy)\left | \right |[BA)$$. Тогда :
$$Q=(x;0;\frac{\sqrt{7}}{2})$$;$$O=(0;0;0)$$;$$A=(3;4;0)$$
Отсюда: $$x^{2}+\frac{7}{4}=R^{2}=(x-3)^{2}+4^{2}+\frac{7}{4}\Leftrightarrow$$ $$(x-x+3)(2x-3)=16\Leftrightarrow$$ $$x=\frac{25}{6}\Rightarrow$$ $$R^{2}=\frac{625}{36}+\frac{7}{4}=$$$$\frac{172}{9}\Rightarrow$$ $$R=\frac{2}{3}\sqrt{43}$$
Задание 6972
В пирамиде SBCD каждое ребро равно 3. На ребре SB взята точка А так, что SA:AB=1:2.
A) 1) Пусть SO - высота SBCD. Опустим $$AM\perp (BCD)$$, тогда $$\DeltaAMB\sim \Delta SOB$$: $$\frac{AM}{SO}=\frac{AB}{SB}=\frac{2}{3}$$
2) $$V_{SBCD}=\frac{1}{3} SO*S_{BCD}$$; $$V_{ABCD}=\frac{1}{3} AM*S_{BCD}\Rightarrow$$$$V_{ABCD}=\frac{AM}{SO}*V_{SBCD}=\frac{2}{3}V_{SBCD}\Rightarrow$$, пусть V - оставшаяся часть: $$V=\frac{1}{3}V_{SBCD}\Rightarrow$$ $$\frac{V_{ABCD}}{V}=\frac{2}{1}$$
Б) 1) $$CA=AD\Rightarrow$$ $$\Delta ACD$$ - равнобедренный. Из $$\Delta SAC$$: $$CA=\sqrt{CS^{2}+SA^{2}-2 CS*SA *\cos S}=\sqrt{7}$$
2) Рассмотрим пирамиду SADC, введем ортогальную систему координат , как показано на рисунке, где N - центр, описанной окружности около $$\Delta SCD$$
3) Центр сферы будет лежать на оси Oz. Пусть Q - центр сферы, тогда $$Q (0;0;z)$$ и QS=QA (как радиусы сферы). Зададим координаты QS и QA; $$A(NA_{x}; O; AA_{x})$$, где $$A_{x}$$ - проекция A на (SDC) ; $$S(NS;0;0)$$
4) из $$\Delta CSD$$: $$SH=SD* \sin D=3*\frac{\sqrt{3}}{2}$$; $$SN=\frac{2}{3} SH=\sqrt{3}\Rightarrow$$ $$S(\sqrt{3}; 0;0)$$
Из $$\Delta ADC$$: $$AH=\sqrt{AD^{2}-HD^{2}}=\frac{\sqrt{19}}{2}$$; Из $$\Delta ASH$$: $$\cos S=\frac{AS^{2}+SH^{2}-AH^{2}}{2 AS*SH}=\frac{1}{\sqrt{3}}\Rightarrow$$ $$\sin S=\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}\Rightarrow$$ $$SA_{x}=AS*\cos S=\frac{1}{\sqrt{3}}\Rightarrow$$ $$NA_{x}=NS-SA_{x}=\frac{2\sqrt{3}}{3}$$; $$AA_{x}=SA*\sin S=\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}$$. Тогда A $$(\frac{2\sqrt{3}}{3};0; \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}})$$, следовательно:
$$QS(\sqrt{3}-0;0-0; 0-z)=(\sqrt{3};0;-z)$$ и $$QA(\frac{2\sqrt{3}}{3}-0;0-0;\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}+z)=(\frac{2\sqrt{3}}{3};0; \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}+z)$$
Тогда длины: $$\left | QS \right |=\sqrt{(\sqrt{3})^{2}+(-z)^{2}}$$ и $$\left | QA \right |=\sqrt{(\frac{2\sqrt{3}}{3})^{2}+(\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}}+z)^{2}}$$. В итоге получим:
$$QS^{2}=QA^{2}\Leftrightarrow$$ $$3+z^{2}=\frac{4}{3}+\frac{2}{3}+\frac{2\sqrt{2}}{\sqrt{3}}z+z^{2}\Leftrightarrow$$ $$\frac{2\sqrt{2}}{\sqrt{3}}z=1\Leftrightarrow$$ $$z=\frac{\sqrt{3}}{2\sqrt{2}}$$
Тогда $$QS=\sqrt{(\sqrt{3})^{2}+(\frac{\sqrt{3}}{2\sqrt{2}})^{2}}=$$$$\sqrt{\frac{27}{8}}=\frac{3}{2}\sqrt{\frac{3}{2}}$$
Задание 7323
В правильной четырехугольной пирамиде SABCD с вершиной S длина перпендикуляра, опущенного из основания Н высоты пирамиды SH на грань SDC равна $$\sqrt{6}$$ , а угол наклона бокового ребра SB к плоскости основания равен 60.
A) 1) Пусть $$AB=x$$, $$\Delta ADC$$: $$AC=\sqrt{AD^{2}+DC^{2}}=x\sqrt{2}\Rightarrow$$ $$AH=\frac{x\sqrt{2}}{2}$$
2) из $$\Delta SAH$$: $$\angle ASH=90-\angle SAH=30\Rightarrow$$ $$AS=2AH=x\sqrt{2}\Rightarrow$$ $$\Delta SAC$$ - равносторонний
3) Пусть O - центр сферы $$\Rightarrow$$ OA – радиус , но это и радиус описанной около $$\Delta ASC$$.
4) из $$\Delta SAH$$: $$SH=SA*\sin SAH=x\sqrt{2}*\frac{\sqrt{3}}{2}=\frac{x\sqrt{6}}{2}$$; $$SO=\frac{2}{3}SH$$ $$\Rightarrow$$ $$SO=\frac{2}{3}*\frac{x\sqrt{6}}{2}=\frac{x\sqrt{6}}{3}$$
5) из $$\Delta SHF$$: $$HF=\frac{1}{2} AD=\frac{x}{2}\Rightarrow$$ $$SF=\sqrt{SH^{2}+HF^{2}}=$$$$\sqrt{\frac{x^{2}*6}{4}+\frac{x^{2}}{4}}=$$$$\frac{x}{2}*\sqrt{7}$$
6) $$HM*SF=SH*HF\Leftrightarrow$$ $$\sqrt{6}*\frac{x\sqrt{7}}{2}=$$$$\frac{x\sqrt{6}}{2}*\frac{x}{2}\Rightarrow$$ $$\frac{x}{2}=\sqrt{7}\Rightarrow$$ $$x=2\sqrt{7}$$
7) $$SO=\frac{2\sqrt{7}*\sqrt{6}}{3}=\frac{2\sqrt{42}}{3}$$
Б) 1) Пусть $$A _{1}B_{1}C_{1}D_{1}$$ – сечение пирамиды, т.к. проведено через середину высоты и параллельно основанию, то $$\frac{S_{A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}}}{S_{ABCD}}=\frac{1}{4}$$; $$S_{ABCD}=x^{2}=28\Rightarrow$$ $$S_{A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}}=7$$
2) $$SO=\frac{2}{3} SH$$; $$SL=\frac{1}{2}SH$$ , где L-середина SH , тогда $$SL=\frac{3}{4} SO$$. Пусть S-площадь диаметрального сечения сферы, $$S_{1}$$-сечение через L. Пусть ON-радиус , при этом $$LN\perp OS$$ , тогда $$OL=SO-SL =\frac{1}{4} SO\Rightarrow$$ из $$\Delta OLN$$: $$LN=\sqrt{ON^{2}-OL^{2}}=$$$$\sqrt{SO^{2}-(\frac{SO}{4})^{2}}=$$$$\frac{\sqrt{15}}{4}SO\Rightarrow$$ $$LN=\frac{\sqrt{15}}{4}*\frac{2\sqrt{42}}{3}=$$$$\frac{\sqrt{5}*\sqrt{14}}{2\sqrt{3}}$$ $$\Rightarrow$$ $$S_{1}=\frac{15*14 \pi}{4*3}=\frac{35 \pi}{2}$$
3) $$\frac{S_{1}}{S_{A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}}}=\frac{35 \pi}{2}:7=\frac{5 \pi}{2}$$
Задание 7422
Радиус основания конуса с вершиной S и центром основания О равен 5, а его высота равна $$\sqrt{51}$$ . Точка М – середина образующей SA конуса, а точки N и В лежат на основании конуса, причем прямая MN параллельна образующей конуса SB.
