В правильном тетраэдре ABCD все рёбра равны 10. На рёбрах AB и AD отмечены точки M и K соответственно так, что
AM=AK=4.
а) Докажите, что плоскость CMK делит тетраэдр ABCD на два многогранника, объёмы которых относятся как 21:4.
б) Найдите косинус угла между плоскостью CBD и плоскостью CMK.
Решение:
Решение.а) Пусть длина высоты CO тетраэдра ABCD равна h. Объём этого тетраэдра равен
VABCD=31h⋅SABD=31h⋅4AB23=12100h3=325h3.
Треугольник AMK равнобедренный с углом 60∘, то есть равносторонний. Следовательно, объём пирамиды CMKA равен
VCMKA=31h⋅SAMK=31h⋅4AM23=1216h3=34h3.
Таким образом, объём многогранника CMKDB и искомое отношение соответственно равны
VCMKDB=VABCD−VCMKA=325h3−34h3=321h3,
VCMKAVCMKDB=321h3:34h3=4h21h=421.
Следовательно, объёмы многогранников относятся как 21:4.
б) Пусть точка A1 --- середина отрезка MK, а точка A2 --- середина отрезка BD.
Треугольники AMK и ABD равнобедренные, прямые MK и BD параллельны по теореме, обратной теореме Фалеса, поэтому точки A, A1, A2 лежат на одной прямой, причём эта прямая перпендикулярна и прямой MK, и прямой BD.
Проведём через точку C прямую l, параллельную прямой BD. По этой прямой пересекаются плоскости CMK и CBD. Отрезки CA1 и CA2 являются медианами, проведёнными к основаниям равнобедренных треугольников, а потому и их высотами. Следовательно, прямая l соответственно перпендикулярна прямым CA1 и CA2, а потому косинус угла A1CA2 является искомым.
Прямоугольные треугольники MAA1 и BAA2 подобны по двум углам, поэтому
Аналогично для треугольника CA1A2 находим:
CA1=A1A22+CA22−2A1A2⋅CA2cos∠AA2C=27+75−2⋅33⋅53⋅31=102−30=72=62.
Для этого же треугольника по теореме косинусов окончательно вычислим:
cos∠A1CA2=2CA1⋅CA2CA12+CA22−A1A22=2⋅62⋅5372+75−27=606120=62=36.
Ответ: б) 36.
Источник:ЕГЭ · Математика · Основная Волна. Резервный день. Санкт - Петербург 2026