Что такое сечение куба плоскостью. Сечение куба

Общеобразовательная школа І-ІІІ ступеней №2

отдела образования администрации города Кировское

«Сечение куба плоскостью

и практическое их применение в задачах».

Подготовила учитель математики

учитель-методист

Чумакова Г.В.

2015 г.

Введение:

Задачи на построение сечений многогранников занимают значительное место как школьном курсе геометрии для старших классов, так и на экзаменах разного уровня. Решение этого вида задач способствует усвоению аксиом стереометрии, систематизации знаний и умений, развитию пространственного представления и конструктивных навыков. Общеизвестны трудности, возникающие при решении задач на построение сечений.

Основными действиями, составляющими метод построения сечений, являются нахождение точки пересечения прямой с плоскостью, построение линий пересечения двух плоскостей, построение прямой параллельной плоскости, построение прямой перпендикулярной плоскости.

Проиллюстрирую построение сечения на одной задаче из школьного курса математики:

№1. Постройте хотя бы два сечения куба ABCDA 1 B 1 C 1 D 1 плоскостью АМ 1 С, если точка М 1 движется по отрезку ВВ 1 от В до В 1 . Найдите границы измерения высоты сечения, проведённой из точки М 1 .

Решение: Построим два требуемых сечения, взяв точку М 1 ближе к точке В, а точку М 2 ближе к В 1 . Оба сечения показаны на рисунке.В начале движения когда точка М 1 только отошла от точки В 1 , сечение представляет собой треугольник с основанием АС и высотой М 1 О, которая чуть больше отрезка ВО, т.е.
Если точка М 1 займёт положение М 2 расположенной очень близко к точке В 1 , то АМ 2 С почти совпадёт с АВ 1 С, а его высота М 1 О – с отрезком В 1 О, длина которого равна
(ОВ 1 =
=
).

Отсюда по соображениям непрерывности делаем вывод:

Особо следует посмотреть, что произойдёт, если точка М 1 займёт положение вершины В.

№2. Построить сечение куба плоскостью, проходящей через три точки А 1 , E и L , лежащие на рёбрах куба.

Плоскости граней A 1 ADD 1 и DD 1 C 1 C пересекаются по прямой DD 1 , а плоскости граней A 1 B 1 C 1 D 1 u DD 1 C 1 C – по прямой D 1 C 1 . Соединив точки А и Е, получим прямую пересечения секущей плоскости с плоскостью грани AA 1 D 1 D , а продолжив её, найдём точку N , принадлежащую трём плоскостям: плоскости сечения и плоскостям граней AA 1 D 1 D u DD 1 C 1 C .

Аналогично найдём точку М, общую трём плоскостям: плоскости сечения и плоскостям граней A 1 B 1 C 1 D 1 u DD 1 C 1 C . Таким образом, точки N u M принадлежат секущей плоскости и плоскости DD 1 C 1 C ; прямая MN – линия пересечения плоскости сечения с плоскостью грани DD 1 C 1 C , а F и K – точки пересечения её с рёбрами куба CD u CC 1 . Последовательно соединив прямыми точки A 1 , E , F , K u L , получаем пятиугольник A ! EFKL , который и даст нам искомое сечение.

При построении сечения куба плоскостью Х при произвольном расположении точек в сечении получается: треугольник, трапеция, прямоугольник, пятиугольник или шестиугольник. Естественно возник вопрос, как вид сечения зависит от вида расположения точек задающих это сечение

Я решил провести исследование, цель которого является выяснение.

Построить сечения куба плоскостью, когда заданы три точки принадлежащие рёбрам с одной вершиной.

Взяты три точки A 1 , D , C 1 , которые принадлежат вершине D 1 , а сами являются вершинами куба.

В сечении получился равносторонний треугольник, так как A 1 C 1 , A 1 D u DC 1 – диагонали граней этого куба.

Три точки: A 1 u C 1 – вершины куба, а точка F принадлежит ребру куба DD 1 . Точки принадлежат прямым выходящим из вершины D 1 .

В сечении получился равнобедренный треугольник, так как F равноудалена от точек A 1 u C 1 .

Три точки: A 1 u C 1 – вершины куба, а точка F принадлежит прямой ребра куба DD 1 . Точки принадлежат прямым выходящим из одной вершины D 1 .

В сечении получается равнобедренная трапеция, так как F равноудалена от точек A 1 u C 1 , то есть LA 1 =KC 1 .

Три точки принадлежащие рёбрам с одной вершиной D 1 . Точки F u M принадлежат продолжениям рёбер D 1 D u D 1 C соответственно, а точка A 1 является вершиной куба.

В сечении получился пятиугольник A 1 KLNG .

Взяты три точки F , M u Q так, что лежат на продолжении рёбер D 1 D , D 1 C 1 , и D 1 A 1 соответственно.

В сечении получился шестиугольник KLNGJH .

Три точки лежат на рёбрах с одной вершиной D 1 .

В сечении получился произвольный треугольник, но если точки расположить так чтобы D 1 Q =D 1 M =D 1 F , то есть если они были бы равноудалены от вершины D 1 то в сечении получился бы равносторонний треугольник.

Секущая плоскость задана точками Н, Q и M . В сечении получается параллелограмм, так как KC ││ MP и MK ││ PC по теореме о пересечении двух параллельных плоскостей третьей.

Если точки H , Q и M , задают секущую плоскость, удаленные от D , на расстоянии 2a , где а – для ребра куба, то в сечении получается правильный треугольник ACB 1 .

Вывод: три задающих сечение точки принадлежат трём рёбрам куба с общей вершиной или являются их продолжением, то в сечении получается: треугольник, пятиугольник, шестиугольник трапеция, параллелограмм.

Построение сечения куба плоскостью, когда заданы три точки, две из которых лежат на смежных рёбрах, а третья точка лежит на ребре не смежном с ними.

Три точки M , K u F , взяты так что M u F принадлежат рёбрам с одной вершиной A 1 , а точка K лежит на ребре не смежным с ними.

В сечении получается прямоугольник, так как А 1 М=D 1 K и по теореме о трёх перпендикулярах можно доказать что MKLF – прямоугольник., а если А 1 МD 1 K , то может получится трапеция или пятиугольник.

Взяты три точки так, что K u L принадлежат рёбрам выходящим из одной вершины A 1, а точка N принадлежит ребру CC 1 , не смежному сними. K , L u N середины рёбер A 1 A , A 1 B 1 u CC 1 – соответственно.

В сечении получается правильный шестиугольник KLGNHM

Взяты три точки так, что K u L принадлежат рёбрам выходящим из одной вершины A 1, а точка T принадлежит ребру DC .

В сечении получается шестиугольник KLFRTZ .

Три точки взяты так, что K u L принадлежат рёбрам куба с одной вершины A 1 , а точка M ребре DD 1 .

В сечении получается трапеция LKQM .

Три точки K u L которые принадлежат рёбрам с одной вершиной A 1 .и точка R которая лежит на ребре BC .

В сечении получается пятиугольник KLFRT .

Вывод: Если секущая плоскость задана тремя точками, две из которых лежат на смежных рёбрах, а третья на ребре не смежном с ними, то в сечении может получиться прямоугольник, пятиугольник, шестиугольник, трапеция.

В сечении куба параллелограмм и его частные случаи.

Точки T , H , J задающие сечение расположены так, что THAD , HJAD . В сечении получается квадрат HTKJ .

Сечение задано точками C , F , L , причём DF =FD 1 , BL =LB 1 . В сечении получается ромб AFCL .

Сечение задано точками C , G , H . B 1 H =DG . В сечении параллелограмм A 1 GCH.

Точки задающие сечение являются вершинами куба A , D , C 1 . В сечении получается прямоугольник

В сечении куба правильные многоугольники

Треугольник АВВ 1 равносторонний, так как его стороны это диагонали граней куба.

Треугольник КМТ равносторонний, так как КВ=МВ=ТВ.

КМТЕ – квадрат, так как сечение задано точками М, К, Е и МКAD , EKAD .

В сечении правильный шестиугольник КМТНЕО, так как точки Н, Е, К задающие сечение являются серединами рёбер СС 1 , DC , АА 1 соответственно.

Куб и несколько задач по стереометрии с ЕГЭ.

В пособии “ЕГЭ 2005. Математика. Типовые тестовые задачи” (Корникова Т. А. и др.) Содержит 10 задач (С4) по стереометрии, объединенных общей идеей: дана треугольная призма АВСА 1 В 1 С 1 стороны основания АВ и ВС взаимно перпендикулярны и перпендикулярны ребру ВВ 1 , АВ=ВС=ВВ 1 , вершина А является вершиной конуса (или центром одного из оснований цилиндра, или центром сферы), основание конуса (сфера или второе основание цилиндра) проходит через середину одного ребра призмы, длина его известна. Надо найти объем или поверхность конуса (сферы, цилиндра).

Общий пример решения:

Данную призму дополнить до куба. Шестиугольник DEFKLM – сечение куба плоскостью основания конуса, окружность которого проходит через середину А 1 В 1 , А – вершина конуса, или

DEFKLM – сечение куба плоскостью основания цилиндра, окружность которого проходит через середину А 1 В 1 , А – центр второго основания цилиндра, или это сечение куба плоскостью большого круга сферы с центром А, сфера которого проходит через середину А 1 В 1 .

Шестиугольник DEFKLM – сечение куба плоскостью, проходящей через середину рёбер А 1 В 1 , ВВ 1 , ВСЖ при построении получаются точки K , L , M , которые являются серединами соответствующих рёбер. Стороны этого шестиугольника являются гипотенузами треугольников DB 1 E , EBF , FCK , KQL , LRM , MA 1 D , катеты которых равны половине ребра куба. Тогда центр этого шестиугольника является центром описанной около него окружности, которая пересекает рёбра куба в точках D , E , F , K , L и М, радиус этой окружности
, где А 1 В 1 = а .

AO EL, т . к . EAL – равнобедренный: AL = AE .

( ABE u EAL – прямоугольные, AB = AQ = а, BE = LQ = )

EO =OL как середина диагонали ЕL шестиугольника DEFKLM , т. е. АО – медиана,а по свойствам равнобедренного треугольника и высота. Аналогично доказывается АО DK . Так как АО перпендикулярна к двум пересекающимся прямым плоскости шестиугольника, то АО перпендикулярна ко всей плоскости.

Если А – вершина конуса то АО – его высота, если А – центр второго основания цилиндра, то АО- высота цилиндра.

АВС: АС=
, P – точки пресечения диагоналей основания куба, АР=
, РР 1 =АА 1 = а . ОР=РР 1 = , тогда из прямоугольного РОА АО=
. И так АО=
.

Тогда, если идёт речь о конусе:

(из
).

Ответ:

Если речь идёт цилиндре:

Ответ:

Если речь идёт о сфере:

Ответ:

Корникова Т. А. и др. типовые тестовые задания. ЕГЭ – 2005

Вариант 6.

Задача. Даны призма АВСА 1 В 1 С 1 и цилиндр. Стороны АВ и ВС основания призмы перпендикулярны ребру ВВ 1 и взаимно перпендикулярны. Центром основания цилиндра служит точка А 1 окружность второго основания проходит через середину ребра А 1 В 1 .

Найдите площадь полной поверхности цилиндра, если ВВ 1 =АВ=ВС=10. Найдите его объём.

Решение:

.
.

Задачи на Построение сечений кубаD1
С1
Е
А1
B1
D
А
F
B
С

Проверочная работа.

1 вариант
2 вариант
1. тетраэдр
1. параллелепипед
2. Свойства параллелепипеда

Секущей плоскостью куба называется любая плоскость, по обе стороны от которой имеются точки данного куба.

Секущая
плоскость пересекает грани куба по
отрезкам.
Многоугольник, сторонами которого являются
данные отрезки, называется сечением куба.
Сечениями куба могут быть треугольники,
четырёхугольники, пятиугольники и
шестиугольники.
При построении сечений следует учитывать тот
факт, что если секущая плоскость пересекает две
противоположные грани по каким-то отрезкам, то
эти отрезки параллельны. (Объясните почему).

B1
C1
D1
A1
M
K
ВАЖНО!
B
С
D
ЕслиAсекущая плоскость пересекает
противоположные грани, то она
K DCC1
пересекает их по параллельным
M BCC1
отрезкам.

три данные точки, являющиеся серединами рёбер. Найдите периметр сечения, если ребро ку

Постройте сечение куба плоскостью, проходящей через
три данные точки, являющиеся серединами рёбер.
Найдите периметр сечения, если ребро куба равно а.
D1
N
K
А1
D
А
С1
B1
M
С
B

Постройте сечение куба плоскостью, проходящей через три данные точки, являющиеся его вершинами. Найдите периметр сечения, если ребро куба

Постройте сечение куба плоскостью, проходящей через
три данные точки, являющиеся его вершинами. Найдите
периметр сечения, если ребро куба равно а.
D1
С1
А1
B1
D
А
С
B

D1
С1
А1
М
B1
D
А
С
B

Постройте сечение куба плоскостью, проходящей через три данные точки. Найдите периметр сечения, если ребро куба равно а.

D1
С1
А1
B1
N
D
А
С
B

Постройте сечение куба плоскостью, проходящей через три данные точки, являющиеся серединами его рёбер.

С1
D1
B1
А1
K
D
С
N
Е
А
M
B

Цели урока

Формирование у учащихся навыков решения задач на построение сечений.
Формирование и развитие у учащихся пространственного воображения.
Развитие графической культуры и математической речи.
Формирование умения работать индивидуально и в коллективе.

Тип урока: урок формирования и совершенствования знаний.

Формы организации учебной деятельности: групповая, индивидуальная, коллективная.

Техническое обеспечение урока: компьютер, мультимедийный проектор, экран, набор геометрических тел (куб, параллелепипед, тетраэдр).

ХОД УРОКА

1. Организационный момент

Класс разбивается на 3 группы по 5-6 человек. На каждом столе – индивидуальные и групповые задания по построению сечения, набор тел. Знакомство учащихся с темой и целями урока.

2. Актуализация опорных знаний

Опрос теории:

– Аксиомы стереометрии.
– Понятие параллельных прямых в пространстве.
– Теорема о параллельных прямых.
– Параллельность трех прямых.
– Взаимное расположение прямой и плоскости в пространстве.
– Признак параллельности прямой и плоскости.
– Определение параллельности плоскостей.
– Признак параллельности двух плоскостей.
– Свойства параллельных плоскостей.
– Тетраэдр. Параллелепипед. Свойства параллелепипеда.

3. Изучение нового материала

Слово учителя: При решении многих стереометрических задач используется сечение многогранника плоскостью. Назовем секущей плоскостью многогранника любую плоскость, по обе стороны от которой имеются точки данного многогранника.
Секущая плоскость пересекает грани по отрезкам. Многоугольник, сторонами которого являются эти отрезки, называется сечением многогранника.
С помощью рисунков 38-39 давайте выясним: Какое количество сторон может иметь сечение тетраэдра и параллелепипеда?

Учащиеся анализируют рисунки и делают выводы. Учитель корректирует ответы учащихся, указывая на тот факт, что если секущая плоскость пересекает две противоположные грани параллелепипеда по каким-то отрезкам, то эти отрезки параллельны.

Анализ решения задач 1, 2, 3, приведенных в учебнике (устная коллективная работа).

4. Закрепление изученного материала (по группам)

1 группе: объясните, как построить сечение тетраэдра плоскостью, проходящей через данные точки М, N, К и в задачах 1-3 найти периметр сечения, если М, N, К – середины ребер и каждое ребро тетраэдра равно а .

2 группе: объясните, как построить сечение куба плоскостью, проходящей через три данные точки, являющиеся либо вершинами куба, либо серединами его ребер (три данные точки на рисунках выделены), в задачах 1-4 и 6 найдите периметр сечения, если ребро куба равно а. в задаче 5докажите, что АЕ = а /3

3 группе: построить сечение параллелепипеда АВСDА 1 В 1 С 1 D 1 плоскостью, проходящей через точки:

Все выполненные задания группа защищает у доски, с использованием слайдов.

5. Самостоятельная работа № 85, № 105.

6. Подведение итогов урока

Оценка работы учащихся на уроке.

7. Домашнее задание: индивидуальные карточки.

Тема урока: Задачи на построение сечений.

Цель урока:

Выработать навыки решения задач на построение сечений тетраэдра и параллелограмма.

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Проверка домашнего задания

Ответы на вопросы 14, 15.

14.Существует ли тетраэдр, у которого пять углов граней прямые?

(Ответ: нет, т. к. граней всего 4, они являются треугольниками, а треугольника с двумя прямыми углами не существует.)

15. существует ли параллелепипед, у которого: а) только одна грань-прямоугольник;

б) только две смежные грани-ромбы; в) все углы граней острые; г) все углы граней прямые; д) число всех острых граней не равно числу всех тупых углов граней?

(Ответ: а)нет (противоположные грани равны); б)нет (по той же причине); в) нет (таких параллелограммов не существует); г) да (прямоугольный параллелепипед); д)нет (в каждой грани два острых и два тупых угла, либо все прямые).

III. Изучение нового материала

Теоретическая часть. Практическая часть. Теоретическая часть.

Для решения многих геометрических задач, связанных с тетраэдром и параллелепипедом, полезно уметь строить на рисунке их сечения различными плоскостями. Под сечением будем понимать любую плоскость (назовем ее секущей плоскостью), по обе стороны от которой имеются точки данной фигуры (то есть тетраэдра или параллелепипеда). Секущая плоскость пересекает тетраэдр (параллелепипед) по отрезкам. Многоугольник, который будет образован этими отрезками, и является сечением фигуры. Так как тетраэдр имеет четыре грани, то его сечением могут быть треугольники и четырехугольники. Параллелепипед имеет шесть граней. Его сечением могут быть треугольники, четырехугольники, пятиугольники, шестиугольники.

При построении сечения параллелепипеда учитываем тот факт, что если секущая плоскость пересекает две противоположные грани по каким –то отрезкам, то эти отрезки параллельны (свойство 1, п.11: Если две параллельные плоскости пересечены третьей, то линии их пересечения параллельны).

Для построения сечения достаточно построить точки пересечения секущей плоскости с ребрами тетраэдра (параллелепипеда), после чего провести отрезки, соединяющие каждые две построенные точки, лежащей в одной и той же грани.

Может ли в сечении тетраэдра плоскостью получиться четырехугольник, изображенный на рисунке?

https://pandia.ru/text/78/630/images/image002_130.gif" width="626" height="287 src=">

2.2. Построить сечение куба плоскостью, проходящей через точки E , F , G , лежащие на ребрах куба.

E , F , G ,

проведем прямую EF и обозначим P её точку пересечения с AD .

Обозначим Q точку пересечения прямых PG и AB .

Соединим точки E и Q , F и G .

Полученная трапеция EFGQ будет искомым сечением.

https://pandia.ru/text/78/630/images/image004_91.gif" width="624" height="287">

2.4. Построить сечение куба плоскостью, проходящей через точки E , F , лежащие на ребрах куба и вершину B .

Решение. Для построения сечения куба, проходящего через точки E , F и вершину B ,

Соединим отрезками точки E и B , F и B.

Через точки E и F проведем прямые, параллельные BF и BE , соответственно.

Полученный параллелограмм BFGE будет искомым сечением.

2.5. Построить сечение куба плоскостью, проходящей через точки E , F , G , лежащие на ребрах куба.

Решение. Для построения сечения куба, проходящего через точки E , F , G ,

проведем прямую EF и обозначим P её точку пересечения с AD .

Обозначим Q, R точки пересечения прямой PG с AB и DC .

Обозначим S точку пересечения FR c СС 1.

Соединим точки E и Q , G и S .

Полученный пятиугольник EFSGQ будет искомым сечением.

2.6. Построить сечение куба плоскостью, проходящей через точки E , F , G , лежащие на ребрах куба.

Решение. Для построения сечения куба, проходящего через точки E , F , G ,

найдем точку P пересечения прямой EF и плоскости грани ABCD .

Обозначим Q , R точки пересечения прямой PG с AB и CD .

Проведем прямую RF и обозначим S , T её точки пересечения с CC 1 и DD 1.

Проведем прямую TE и обозначим U её точку пересечения с A 1D 1.

Соединим точки E и Q , G и S , F и U .

Полученный шестиугольник EUFSGQ будет искомым сечением.

2.7. Построить сечение тетраэдра ABCD AD и проходящей через точки E , F .

Решение. Соединим точки E и F. Через точку F проведем прямую FG, параллельную AD.

Соединим точки G и E .

Полученный треугольник EFG будет искомым сечением.

2.8. Построить сечение тетраэдра ABCD плоскостью, параллельной ребру CD и проходящей через точки E , F .

Решение. Через точки E и F проведем прямые EG и FH , параллельные CD.

Соединим точки G и F , E и H .

Полученный треугольник EFG будет искомым сечением.

2.9. Построить сечение тетраэдра ABCD плоскостью, проходящей через точки E , F , G .

Решение. Для построения сечения тетраэдра, проходящего через точки E , F , G ,

проведем прямую EF и обозначим P её точку пересечения с BD .

Обозначим Q точку пересечения прямых PG и CD .

Соединим точки F и Q , E и G .

Полученный четырехугольник EFQG будет искомым сечением.

IV. Итог урока.

V. Домашнее задание п.14, стр.27 № 000 –вариант1, 2.

Выбери многогранник и уровень трудности

Параллелепипед.

Тетраэдр.

Куб. Уровень А.

Уровень А.

Параллелепипед.

Куб. Уровень В.

Уровень В.

Тетраэдр.

Уровень В.

Параллелепипед.

Тетраэдр.

Куб. Уровень С.

Уровень С.

Куб. Уровень A.

точки М,Н и К, где КЄ(DCC 1 D 1 ).

в 1

С 1

D 1

Помощь

плоскости а) с ребром ВВ 1 ; б)плоскостью (СС 1 D).

Куб. Уровень B.

в 1

С 1

D 1

Помощь

Куб. Уровень С.

Постройте сечение куба плоскостью, проходящей через точки К,Е и М (М Є АВ). Затем найдите точку пересечения прямой ВВ 1 с этой плоскостью.

в 1

С 1

D 1

Куб. Уровень A.

Построить сечение тетраэдра, проходящего через

точки М,Н и К, где КЄ(DCC 1 D 1 ).

в 1

С 1

ЕР ll МН

D 1

Куб. Уровень B.

в 1

С 1

D 1

АН ll КЕ

Построить сечение куба плоскостью, проходящей через

точки А,К и Е.Найдите линию пересечения этой

плоскости а) с ребром ВВ 1 ; б)плоскостью (СС 1 D).

Куб. Уровень С.

Постройте сечение куба плоскостью, проходящей через точки К,Е и М (М Є АВ). Затем найдите точку пересечения прямой ВВ1 с этой плоскостью.

в 1

С 1

D 1

РHКЕRF – искомое сечение

Уровень А. На ребрах АА 1 и А 1 Д 1 1 1 = 6, А 1 Д 1 = 8, АВ = 4 см.

Помощь

Уровень В.

Помощь

УровеньС. На ребрах параллелепипеда даны три точки S,R и L. Построить сечение параллелепипеда плоскостью SRL.

Помощь

Уровень А. На ребрах АА 1 и А 1 Д 1 параллелепипеда взяты соответственно середины S,R. Построить сечение параллелепипеда плоскостью SRВ 1 и найти площадь сечения, если АА 1 = 6, А 1 Д 1 = 8, АВ = 4 см.