Скачать файл в формате pdf.


ЕГЭ Профиль №14. Объем многогранника

Объем параллелепипеда находится по формуле:   \(V = S \cdot H\),   где S – площадь основания; H – длина высоты параллелепипеда.

Прямой параллелепипед, у которого основанием является прямоугольник, называется прямоугольным параллелепипедом. Все диагонали прямоугольного параллелепипеда равны и \({d^2} = {a^2} + {b^2} + {c^2}\), где d – длина диагонали; a, b, c – длины трех ребер, выходящих из одной вершины прямого параллелепипеда (измерения прямоугольного параллелепипеда). Объем прямоугольного параллелепипеда вычисляется по формуле:    \(V = a\,b\,c\).

Прямоугольный параллелепипед, у которого все ребра равны, называется кубом. При этом   \(d = a\sqrt 3 \)\(V = {a^3}\)\({S_{\text{пов}}} = 6\,{a^2}\),    где  d – диагональ куба,  a – его ребро.

Объем призмы находится по формуле:   \(V = S \cdot H\),   где S – площадь основания; H – длина высоты призмы.

Объем пирамиды вычисляется по формуле:  \(V = \frac{1}{3}S\,H\),   где S – площадь основания; H – длина высоты пирамиды.

Если у пирамиды все боковые ребра равны между собой или наклонены под одним и тем же углом к плоскости основания, то основание высоты пирамиды совпадает с центром окружности, описанной около основания пирамиды (эта же точка служит точкой пересечения серединных перпендикуляров к сторонам основания пирамиды).

Если у пирамиды боковые грани наклонены к плоскости основания под одним и тем же углом, то основание высоты пирамиды совпадает с центром окружности, вписанной в основание (эта же точка служит точкой пересечения биссектрис углов в основании пирамиды).

Объем усеченной пирамиды вычисляется по формуле:    \(V = \frac{1}{3}H\left( {\,{S_1} + {S_2} + \sqrt {\,{S_1} \cdot {S_2}} \,} \right)\), где H – высота усеченной пирамиды; \({S_1}\) и \({S_2}\) – площади ее оснований.



1В.
В треугольной пирамиде ABCD двугранные углы при ребрах AD и BC равны, AB BD DC AC = 5.

а) Докажите, что AD BC.

б) Найдите объём пирамиды, если двугранные углы равны при рёбрах AD и BC равны \({60^ \circ }\).

Ответ

ОТВЕТ: \(\frac{{10\sqrt {15} }}{3}.\)


2В. В правильной треугольной пирамиде SABC сторона основания AB равна 30, а боковое ребро SA равно 28. Точки M и N — середины рёбер SA и SB соответственно. Плоскость α содержит прямую MN и перпендикулярна плоскости основания пирамиды.

а) Докажите, что плоскость α делит медиану CE основания в отношении 5 : 1, считая от точки C.

б) Найдите объём пирамиды, вершиной которой является точка C, а основанием — сечение пирамиды SABC плоскостью α.

Ответ

ОТВЕТ: \(\frac{{2750\sqrt 3 }}{3}\).


3В. В кубе ABCDA1B1C1D1 все рёбра равны 5. На его ребре BB1 отмечена точка K так, что KB = 3. Через точки K и C1 проведена плоскость α, параллельная прямой BD1.

а) Докажите, что A1PB1 = 1 : 2, где P — точка пересечения плоскости α с ребром A1B1.

б) Найдите объём большей из двух частей куба, на которые он делится плоскостью α.

Ответ

ОТВЕТ: \(\frac{{1075}}{9}.\)


4В. В правильной треугольной призме ABCA1B1C1 все рёбра равны 6. На рёбрах AA1 и CC1 отмечены точки M и N соответственно, причём AM = 2, CN = 1.

а) Докажите, что плоскость MNB1 разбивает призму на два многогранника, объёмы которых равны.

б) Найдите объём тетраэдра MNBB1.

Ответ

ОТВЕТ: \(18\sqrt 3 \).


5В. Есть правильная треугольная призма ABCA1B1C1 со стороной основания 12 и высотой 3. Точка K — середина BC, точка L лежит на стороне A1B1 так, что В1L = 5. Точка М — середина A1C1. Через точки K и L проведена плоскость таким образом, что она параллельна прямой AC.

а) Доказать, что указанная выше плоскость перпендикулярна прямой MB.

б) Найти объем пирамиды с вершиной в точке В и у которой основанием является сечение призмы плоскостью.

Ответ

ОТВЕТ: \(\frac{{33\sqrt 3 }}{2}.\)


6В. На рёбрах AB и BC треугольной пирамиды ABCD отмечены точки M и N соответственно, причём AM : BM = CN : NB = 1 : 2. Точки P и Q — середины сторон DA и DC соответственно.

а) Докажите, что P, Q, M и N лежат в плоскости.

б)* Найти отношение объёмов многогранников, на которые плоскость PQM разбивает пирамиду.

Ответ

ОТВЕТ: 13 : 23.


. Ребро куба ABCDA1B1C1D1 равно 6. Точки K, L и M — центры граней ABCD, AA1D1D и CC1D1D соответственно.

а) Докажите, что B1KLM — правильная пирамида.

б) Найдите объём B1KLM.

Ответ

ОТВЕТ: 18.


8В. Основанием прямой треугольной призмы ABCA1B1C1 является прямоугольный треугольник ABC с прямым углом C. Диагонали боковых граней AA1B1B и BB1C1C равны 15 и 9 соответственно, AB = 13.

а) Докажите, что треугольник BA1C1 прямоугольный.

б) Найдите объём пирамиды AA1C1B.

Ответ

ОТВЕТ: \(20\sqrt {14} .\)


9В. SABCD — правильная четырёхугольная пирамида с вершиной S. Точка M расположена на SD так, что SM : SD = 2 : 3. P — середина ребра AD, а Q середина ребра BC.

а) Доказать, что сечение пирамиды плоскостью MQP — равнобедренная трапеция.

б) Найдите отношение объёмов многогранников, на которые плоскость MQP разбивает пирамиду.

Ответ

ОТВЕТ: 2 : 7.


10В. Дана пирамида PABCD, в основании — трапеция ABCD с большим основанием AD. Известно, что сумма углов BAD и ADC равна 90 градусов, а плоскости PAB и PCD перпендикулярны основанию, прямые AB и CD пересекаются в точке K.

а) Доказать, что плоскость PAB перпендикулярна плоскости PCD.

б) Найдите объём PKBC, если AB = BC = CD = 2, а PK = 12.

Ответ

ОТВЕТ: 4.


11В. В треугольной пирамиде PABC с основанием ABC известно, что AB = 13, PB = 15, \(\cos \angle \,PBA = \frac{{48}}{{65}}\). Основанием высоты этой пирамиды является точка C. Прямые PA и BC перпендикулярны.

а) Докажите, что треугольник ABC прямоугольный.

б) Найдите объем пирамиды PABC.

Ответ

ОТВЕТ: 90.


12В. Основанием прямой четырехугольной призмы ABCDA1B1C1D1 является ромб ABCD, AB = AA1.

а) Докажите, что прямые A1C и BD перпендикулярны.

б) Найдите объем призмы, если A1C = BD = 2.

Ответ

ОТВЕТ: \(\frac{{4\sqrt 6 }}{5}.\)


13В. В треугольной пирамиде SABC известны боковые рёбра: SA = SB = 13, \(SC = 3\sqrt {17} \). Основанием высоты этой пирамиды является середина медианы CM треугольника ABC. Эта высота равна 12.

а) Докажите, что треугольник ABC равнобедренный.

б) Найдите объём пирамиды SABC.

Ответ

ОТВЕТ: 96.


14В. Диагональ прямоугольного параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 равна 13, а диагонали двух соседних граней равны \(4\sqrt {10} \) и \(3\sqrt {17} \).

а) Докажите, что треугольник AC1D1 прямоугольный.

б) Найдите объём параллелепипеда.

Ответ

ОТВЕТ: 144.


15В. Диагональ прямоугольного параллелепипеда равна \(4\sqrt 2 \) и образует с боковыми гранями углы \({30^ \circ }\) и \({45^ \circ }\).

а) Докажите, что одна из этих граней — квадрат.

б) Найдите объём параллелепипеда.

Ответ

ОТВЕТ: 32.


16В. Сторона основания ABC правильной треугольной пирамиды ABCD равна 6, а площадь сечения, проходящего через ребро AB и середину бокового ребра CD, равна \(6\sqrt 6 \).

а) Докажите, что плоскость сечения образует с плоскостью основания угол \({45^ \circ }\).

б) Найдите объём пирамиды ABCD.

Ответ

ОТВЕТ: 36.


17В. Сторона основания ABCDEF правильной шестиугольной пирамиды SABCDEF равна 4, а площадь сечения, проходящего через прямую CF и середину бокового ребра SD, равна \(10\sqrt 3 \).

а) Докажите, что плоскость сечения образует с плоскостью основания угол \({60^ \circ }\).

б) Найдите объём пирамиды SABCDEF.

Ответ

ОТВЕТ: \(48\sqrt 3 \).


18В. Точки M и N — середины рёбер соответственно CC1 и B1C1 треугольной призмы ABCA1B1C1 с основаниями ABC и A1B1C1.

а) Докажите, что плоскость BA1M делит отрезок AN в отношении 4 : 3, считая от точки A.

б) В каком отношении плоскость BA1M делит объём призмы?

Ответ

ОТВЕТ: 1 : 1.


19В. Точка P — середина медианы BK основания ABC треугольной пирамиды ABCD.

а) Докажите, что плоскость α, проходящая через точку B и середины рёбер AD и CD, делит отрезок DP в отношении 2 : 1, считая от вершины D.

б) Найдите расстояние от вершины C до плоскости ?, если объём пирамиды ABCD равен 16, а площадь её сечения плоскостью α равна 3.

Ответ

ОТВЕТ: 4.


20В. Высота SH правильной треугольной пирамиды SABC относится к высоте основания ABC как 4 : 9. Плоскость α проходит через ребро AB и делит пополам двугранный угол пирамиды при этом ребре.

а) Докажите, что плоскость α делит высоту пирамиды в отношении 3 : 5, считая от точки H.

б) Найдите объём меньшей из частей, на которые пирамида разбивается плоскостью α, если сторона основания пирамиды равна 6.

Ответ

ОТВЕТ: \(\frac{{30}}{7}\).


21В. Дана правильная четырёхугольная пирамида SABCD с вершиной S. Апофема пирамиды вдвое больше стороны основания. Плоскость α проходит через ребро AB и делит пополам двугранный угол пирамиды при этом ребре.

а) Докажите, что плоскость α делит высоту пирамиды в отношении 4 : 1, считая от вершины S.

б) Найдите объём большей из частей, на которые пирамида разбивается плоскостью α, если сторона основания пирамиды равна \(\sqrt {15} \).

Ответ

ОТВЕТ: \(\frac{{125}}{6}\).


22В. Дан параллелепипед ABCDA1B1C1D1. На лучах AB, AD и AA1 отмечены точки K, L и M соответственно, причём  \(AK = \frac{5}{2}AB,\;\;AL = \frac{5}{2}AD\) и \(AM = \frac{5}{2}A{A_1}.\)

а) Докажите, что плоскость KLM делит ребро B1C1 пополам.

б) В каком отношении плоскость KLM делит объём параллелепипеда?

Ответ

ОТВЕТ: 1 : 47.


23В. На диагонали BD1 параллелепипеда ABCDA1B1C1D1 отмечена точка M, причём BM MD1 = 1 : 3. Через точку M проведена плоскость α, параллельная прямым AB1 и CB1.

а) Докажите, что плоскость α делит ребро AB в отношении 1 : 3, считая от вершины A.

б) В каком отношении плоскость α делит объём параллелепипеда?

Ответ

ОТВЕТ: 9 : 119.


24В. Точка M — середина ребра B1C1 правильной треугольной призмы ABCA1B1C1 с основаниями ABC и A1B1C1. Прямые BA1 и CB1 перпендикулярны.

а) Докажите, что треугольник BMA1 равнобедренный.

б) Найдите объём призмы, если расстояние между прямыми BA1 и CB1 равно 2.

Ответ

ОТВЕТ: 36.


25В. В прямоугольном параллелепипеде ABCDA1B1C1D1 грань ABCD — квадрат. Точка M лежит на ребре BC, причём CM MB = 1 : 2. Известно, что диагональ DB1 параллелепипеда перпендикулярна отрезку C1M.

а) Докажите, что угол между прямой CB1 и плоскостью A1B1C1 равен \(30^\circ \).

б) Найдите объём параллелепипеда, если расстояние между прямыми DB1 и C1M равно \(\frac{{\sqrt {21} }}{7}\).

Ответ

ОТВЕТ: \(\frac{8}{9}\).


26В. Через середину бокового ребра правильной треугольной пирамиды проведена плоскость α, перпендикулярная этому ребру. Известно, что она пересекает остальные боковые рёбра и разбивает пирамиду на два многогранника, объёмы которых относятся как 1 к 3.

а) Докажите, что плоский угол при вершине пирамиды равен  45°.

б) Найдите площадь сечения пирамиды плоскостью α, если боковое ребро пирамиды равно 4.

Ответ

ОТВЕТ: \(\sqrt[4]{8} \cdot \sqrt {4 — 2\sqrt 2 } .\)


27В. В правильной треугольной усеченной пирамиде ABCA1B1C1 площадь нижнего основания ABC в девять раз больше площади меньшего основания A1B1C1. Через ребро AB проведена плоскость α, которая пересекает ребро СС1 в точке N и делит пирамиду на два многогранника равного объёма.

а) Докажите, что точка N делит ребро СС1 в отношении 5 : 13, считая от вершины С1.

б) Найдите площадь сечения усеченной пирамиды плоскостью α, если высота этой пирамиды равна 13, а ребро меньшего основания равно 3.

Ответ

ОТВЕТ: 48,5.


28В. В правильной четырехугольной пирамиде SABCD сторона основания равна 6, а боковое ребро SA равно 5. На ребрах AB и SB отмечены точки M и K соответственно, причем  А= 2,  SK = 1.

а) Докажите, что плоскость CKM перпендикулярна плоскости ABC.

б) Найдите объём пирамиды BCKM.

Ответ

ОТВЕТ: \(\frac{{16\sqrt 7 }}{5}\).


29В. В правильной четырёхугольной пирамиде SABCD с основанием ABCD из точки В опущен перпендикуляр BH на плоскость SAD.

а) Докажите, что ∠ AHC = 90°.

б) Найдите объём пирамиды, если \(HA = \sqrt 2 \)  и  HC = 4.

Ответ

ОТВЕТ: \(\frac{{9\sqrt {14} }}{4}.\)