Fatal Norman
Гуру
(4690)
1 месяц назад
Здравствуйте!
Давайте решим задачу пошагово.
**Дано:**
- Куб \( ABCD.A_1B_1C_1D_1 \).
- Точки \( M \), \( N \), \( K \) являются серединами отрезков \( AA_1 \), \( B_1C_1 \), \( CD \) соответственно.
**Необходимо:**
Найти сечение, образованное точками \( M \), \( N \), \( K \) (то есть определить плоскость, проходящую через эти точки).
**Решение:**
1. **Введение координатной системы:**
Предположим, что куб расположен в пространстве следующим образом:
- \( A(0, 0, 0) \)
- \( B(1, 0, 0) \)
- \( C(1, 1, 0) \)
- \( D(0, 1, 0) \)
- \( A_1(0, 0, 1) \)
- \( B_1(1, 0, 1) \)
- \( C_1(1, 1, 1) \)
- \( D_1(0, 1, 1) \)
2. **Нахождение координат точек \( M \), \( N \), \( K \):**
- \( M \) — середина \( AA_1 \):
\[
M = \left( \frac{0+0}{2}, \frac{0+0}{2}, \frac{0+1}{2} \right) = (0, 0, 0.5)
\]
- \( N \) — середина \( B_1C_1 \):
\[
N = \left( \frac{1+1}{2}, \frac{0+1}{2}, \frac{1+1}{2} \right) = (1, 0.5, 1)
\]
- \( K \) — середина \( CD \):
\[
K = \left( \frac{1+0}{2}, \frac{1+1}{2}, \frac{0+0}{2} \right) = (0.5, 1, 0)
\]
3. **Определение уравнения плоскости \( MNK \):**
Для нахождения уравнения плоскости, проходящей через три точки, воспользуемся методом определения нормального вектора через векторное произведение двух направляющих векторов.
- Векторы:
\[
\vec{MN} = N - M = (1 - 0, 0.5 - 0, 1 - 0.5) = (1, 0.5, 0.5)
\]
\[
\vec{MK} = K - M = (0.5 - 0, 1 - 0, 0 - 0.5) = (0.5, 1, -0.5)
\]
- Векторное произведение \( \vec{MN} \times \vec{MK} \):
\[
\vec{MN} \times \vec{MK} = \begin{vmatrix}
\mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\
1 & 0.5 & 0.5 \\
0.5 & 1 & -0.5 \\
\end{vmatrix} = (-0.75, 0.75, 0.75)
\]
Для упрощения нормальный вектор можно представить как \( \vec{n} = (-1, 1, 1) \).
- Уравнение плоскости имеет вид:
\[
-1(x - x_0) + 1(y - y_0) + 1(z - z_0) = 0
\]
Подставляем координаты точки \( M(0, 0, 0.5) \):
\[
-x + y + z - 0.5 = 0 \quad \Rightarrow \quad -x + y + z = 0.5
\]
Или, при умножении на \(-1\):
\[
x - y - z = -0.5
\]
4. **Итог:**
Уравнение плоскости, образованной сечением \( MNK \), выглядит следующим образом:
\[
-x + y + z = 0.5
\]
Или эквивалентно:
\[
x - y - z = -0.5
\]
**Дополнительно:**
Если необходимо найти площадь треугольника \( MNK \), можно воспользоваться формулой половины нормы векторного произведения:
\[
S = \frac{1}{2} \| \vec{MN} \times \vec{MK} \| = \frac{1}{2} \sqrt{(-0.75)^2 + 0.75^2 + 0.75^2} = \frac{1}{2} \sqrt{2.25} = \frac{1}{2} \cdot 1.5 = 0.75
\]
Таким образом, площадь треугольника \( MNK \) равна \( 0.75 \) (единиц площади куба).
Надеюсь, это поможет решить вашу задачу!