Тема . Счёт площадей и объёмов
Пирамиды с общим трёхгранным углом и/или высотой
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела счёт площадей и объёмов
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#74582

Дана четырёхугольная пирамида OABCD,  в основании которой лежит параллелограмм ABCD.  Плоскость α  пересекает рёбра OA,  OB,  OC  и OD  пирамиды в точках  ′
A ,   ′
B,    ′
C и   ′
D соответственно. Известно, что

OA′  1 OB ′  1 OC′   1
OA-= a,OB--= b,OC--= c

Найдите

 V
V-OA′BC′D′-′
 OA BC D

Источники: ИТМО-2022, 11.6 (см. olymp.itmo.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

У нас уже есть три отношения, но очень хочется заполучить еще и четвертое... Давайте попробуем найти t = OD'/OD. Для этого введем систему координат с центром O и базисными векторами OA, OB и OC. Какие координаты имеют наши точки в этой системе?

Подсказка 2

Очевидно, что A (1, 0. 0), B (0, 1, 0) и C (0, 0, 1). Значит A' (1/a, 0, 0), B' (0, 1/b, 0), C' (0, 0, 1/c). Т.к. ABCD- параллелограмм, то вектор CD = BA = OA-OB. Чему тогда равен вектор OD?

Подсказка 3

Верно, OA-OB+OC! Тогда D (1, -1, 1) ⇒ D' (t, -t, t). Можно заметить, что плоскость α задается в нашей системе координат уравнением ax + by + cz = 1. Поэтому верно равенство at - bt + ct = 1 (Просто подставили точку D' в это уравнение). Итого, t = 1/(a - b + c). А что мы вообще хотели...

Подсказка 4

Нам нужно найти отношение объемов. Мы умеем легко это делать для тетраэдров, поэтому предлагаю разбить нашу пирамиду OA'B'C'D' на два тетраэдра OA'B'C' и OA'C'D'. Тогда V(OA'B'C'D')/V(OABCD) = V(OA'B'C')/V(OABCD) + V(OA'C'D')/V(OABCD). Т.к. ABCD- параллелограмм, то V(OABCD) = 2V(OABC) = 2V(OACD). А чему равно отношения V(OA'B'C')/V(OABC) и V(OA'C'D')/V(OACD)?

Подсказка 5

Т.к. тетраэдры с общим трехгранным углом относятся так же, как произведение отношений соответствующих сторон, то V(OA'B'C')/V(OABC) = 1/abc. Найдите оставшееся отношение и завершите решение!

Показать ответ и решение

Отношение объём пирамид с общим трёхгранным углом равно произведению отношений длин рёбер, исходящих из этого угла,

VOA′B′C′   1
VOABC--= abc

VOA′C′D′= -t,
VOACD    ac

где t= ODOD′ .  Поскольку треугольники ABC  и ACD  равны, VOABC = VOACD = 12VOABCD.  Значит,

VOA′B-′C′D′= VOA′B′C′ + VOA-′C′D′=
 VOABCD    VOABCD    VOABCD

  VOA′B′C′  VOA′C′D-′  -1-- -t-
= 2VOABC +  2VOACD  = 2abc +2ac

Дальше можно было бы строить сечение и использовать для подсчёта отношений теоремы Фалеса и Менелая, но мы воспользуемся координатно-векторным методом.

ABCD  — параллелограмм, поэтому −−→   −→   −→  −−→
CD  =BA = OA −OB,  и, следовательно, −−→  −−→   −→  −−→
OD =OC + OA −OB.

Если точка X  принадлежит плоскости A′B′C′,  а −−O→X = x−O→A + y−−O→B +z−O−→C,  коэффициенты x,y  и z  удовлетворяют уравнению ax+ by+ cz = 1  (это, как известно, уравнение плоскости, даже если система координат не декартова, а точки  ′  ′
A ,B и   ′
C этому уравнению, очевидно, удовлетворяют).

−−→   −−→    −−→   −→   −−→
OD ′ = tOD = tOC +tOA − tOB

at− bt+ ct= 1

t= --1----
   a− b+c

Получаем

VOA′B′C′D′   1        1        a− b+ c+b       a+ c
-VOABCD--= 2abc + 2ac(a−-b+c) = 2abc(a−-b+c) = 2abc(a−-b+-c)

Обратная величина является ответом к задаче.

Ответ:

 2abc(a−-b+-c)
    a+ c

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное обучение
в Школково

Для детей ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Брянской областей, а также школьникам, находящимся в пунктах временного размещения Крыма обучение на платформе бесплатное.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ или олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!