Aufgaben c2 des Einheitlichen Staatsexamens in Mathematik zur Bestimmung des Abstands von einem Punkt zu einer Ebene. Abstand vom Punkt zur Ebene

, Wettbewerb „Präsentation für den Unterricht“

Klasse: 11

Präsentation für den Unterricht
















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Ziele:

  • Verallgemeinerung und Systematisierung der Kenntnisse und Fähigkeiten der Studierenden;
  • Entwicklung von Fähigkeiten zum Analysieren, Vergleichen und Ziehen von Schlussfolgerungen.

Ausrüstung:

  • Multimedia-Projektor;
  • Computer;
  • Blätter mit Problemtexten

FORTSCHRITT DER KLASSE

I. Organisatorischer Moment

II. Phase der Wissensaktualisierung(Folie 2)

Wir wiederholen, wie der Abstand von einem Punkt zu einer Ebene bestimmt wird

III. Vorlesung(Folien 3-15)

In dieser Lektion werden wir uns verschiedene Möglichkeiten ansehen, den Abstand von einem Punkt zu einer Ebene zu ermitteln.

Erste Methode: Schritt für Schritt rechnerisch

Abstand vom Punkt M zur Ebene α:
– gleich dem Abstand zur Ebene α von einem beliebigen Punkt P, der auf einer Geraden a liegt, die durch den Punkt M geht und parallel zur Ebene α ist;
– ist gleich dem Abstand zur Ebene α von einem beliebigen Punkt P, der auf der Ebene β liegt, der durch den Punkt M verläuft und parallel zur Ebene α ist.

Wir werden folgende Probleme lösen:

№1. Ermitteln Sie im Würfel A...D 1 den Abstand vom Punkt C 1 zur Ebene AB 1 C.

Es bleibt noch der Wert der Länge des Segments O 1 N zu berechnen.

№2. Bestimmen Sie in einem regelmäßigen sechseckigen Prisma A...F 1, dessen Kanten alle gleich 1 sind, den Abstand vom Punkt A zur Ebene DEA 1.

Nächste Methode: Volumenmethode.

Wenn das Volumen der Pyramide ABCM gleich V ist, wird der Abstand vom Punkt M zur Ebene α, die ∆ABC enthält, durch die Formel ρ(M; α) = ρ(M; ABC) = berechnet
Bei der Lösung von Problemen verwenden wir die Volumengleichheit einer Figur, ausgedrückt auf zwei verschiedene Arten.

Lösen wir das folgende Problem:

№3. Die Kante AD der Pyramide DABC steht senkrecht zur Grundebene ABC. Bestimmen Sie den Abstand von A zur Ebene, die durch die Mittelpunkte der Kanten AB, AC und AD verläuft, wenn.

Beim Lösen von Problemen Koordinatenmethode Der Abstand vom Punkt M zur Ebene α kann mit der Formel ρ(M; α) = berechnet werden , wobei M(x 0; y 0; z 0) und die Ebene durch die Gleichung ax + by + cz + d = 0 gegeben ist

Lösen wir das folgende Problem:

№4. Ermitteln Sie in einem Einheitswürfel A...D 1 den Abstand vom Punkt A 1 zur Ebene BDC 1.

Führen wir ein Koordinatensystem mit dem Ursprung im Punkt A ein, die y-Achse verläuft entlang der Kante AB, die x-Achse entlang der Kante AD und die z-Achse entlang der Kante AA 1. Dann sind die Koordinaten der Punkte B (0; 1; 0) D (1; 0; 0;) C 1 (1; 1; 1)
Erstellen wir eine Gleichung für eine Ebene, die durch die Punkte B, D, C 1 verläuft.

Dann – dx – dy + dz + d = 0 x + y – z – 1= 0. Daher ist ρ =

Die folgende Methode, mit der Probleme dieser Art gelöst werden können, ist Methode zur Unterstützung von Problemen.

Die Anwendung dieser Methode besteht in der Verwendung bekannter Referenzprobleme, die als Theoreme formuliert werden.

Lösen wir das folgende Problem:

№5. Ermitteln Sie in einem Einheitswürfel A...D 1 den Abstand vom Punkt D 1 zur Ebene AB 1 C.

Betrachten wir die Anwendung Vektormethode.

№6. Ermitteln Sie in einem Einheitswürfel A...D 1 den Abstand vom Punkt A 1 zur Ebene BDC 1.

Deshalb haben wir uns verschiedene Methoden angesehen, mit denen diese Art von Problem gelöst werden kann. Die Wahl der einen oder anderen Methode hängt von der konkreten Aufgabe und Ihren Vorlieben ab.

IV. Gruppenarbeit

Versuchen Sie, das Problem auf unterschiedliche Weise zu lösen.

№1. Die Kante des Würfels A...D 1 ist gleich . Ermitteln Sie den Abstand vom Scheitelpunkt C zur Ebene BDC 1.

№2. Bestimmen Sie in einem regelmäßigen Tetraeder ABCD mit einer Kante den Abstand vom Punkt A zur Ebene BDC

№3. Bestimmen Sie in einem regelmäßigen dreieckigen Prisma ABCA 1 B 1 C 1, dessen Kanten alle gleich 1 sind, den Abstand von A zur Ebene BCA 1.

№4. Bestimmen Sie in einer regelmäßigen vierseitigen Pyramide SABCD, deren Kanten alle gleich 1 sind, den Abstand von A zur Ebene SCD.

V. Zusammenfassung der Lektion, Hausaufgaben, Reflexion

PROBLEME C2 DER EINHEITLICHEN STAATLICHEN PRÜFUNG IN MATHEMATIK, UM DEN ABSTAND VON EINEM PUNKT ZU EINER EBENE ZU FINDEN

Kulikova Anastasia Yurievna

Student im 5. Jahr, Fachbereich Mathematik. Analyse, Algebra und Geometrie EI KFU, Russische Föderation, Republik Tatarstan, Jelabuga

Ganeeva Aigul Rifovna

Wissenschaftlicher Betreuer, Ph.D. Päd. Naturwissenschaften, außerordentlicher Professor EI KFU, Russische Föderation, Republik Tatarstan, Jelabuga

In den letzten Jahren sind Aufgaben zur Berechnung des Abstands von einem Punkt zu einer Ebene in Aufgaben des Einheitlichen Staatsexamens in Mathematik aufgetaucht. In diesem Artikel werden am Beispiel eines Problems verschiedene Methoden zur Ermittlung des Abstands von einem Punkt zu einer Ebene betrachtet. Mit der am besten geeigneten Methode können verschiedene Probleme gelöst werden. Nachdem Sie ein Problem mit einer Methode gelöst haben, können Sie die Richtigkeit des Ergebnisses mit einer anderen Methode überprüfen.

Definition. Der Abstand von einem Punkt zu einer Ebene, die diesen Punkt nicht enthält, ist die Länge der senkrechten Strecke, die von diesem Punkt zur gegebenen Ebene gezogen wird.

Aufgabe. Gegeben sei ein rechteckiges Parallelepiped ABMITD.A. 1 B 1 C 1 D 1 mit Seiten AB=2, B.C.=4, A.A. 1 =6. Finden Sie die Entfernung vom Punkt D hobeln WechselstromD 1 .

1 Weg. Benutzen Definition. Finden Sie den Abstand r( D, WechselstromD 1) ab Punkt D hobeln WechselstromD 1 (Abb. 1).

Abbildung 1. Erste Methode

Lasst uns ausführen D.H.Wechselstrom, also nach dem Satz der drei Senkrechten D 1 HWechselstrom Und (DD 1 H)⊥Wechselstrom. Lasst uns ausführen Direkte D.T. aufrecht D 1 H. Gerade D.T. liegt in einem Flugzeug DD 1 H, somit D.T.A.C.. Somit, D.T.WechselstromD 1.

AGleichstrom Finden wir die Hypotenuse Wechselstrom und Höhe D.H.

Aus einem rechtwinkligen Dreieck D 1 D.H. Finden wir die Hypotenuse D 1 H und Höhe D.T.

Antwort: .

Methode 2.Volumenmethode (Verwendung einer Hilfspyramide). Ein Problem dieser Art lässt sich auf das Problem der Berechnung der Höhe einer Pyramide reduzieren, wobei die Höhe der Pyramide der erforderliche Abstand von einem Punkt zu einer Ebene ist. Beweisen Sie, dass diese Höhe der erforderliche Abstand ist; Finden Sie das Volumen dieser Pyramide auf zwei Arten und drücken Sie diese Höhe aus.

Beachten Sie, dass es bei dieser Methode nicht erforderlich ist, eine Senkrechte von einem bestimmten Punkt zu einer bestimmten Ebene zu konstruieren.

Ein Quader ist ein Parallelepiped, dessen Flächen alle Rechtecke sind.

AB=CD=2, B.C.=ANZEIGE=4, A.A. 1 =6.

Der erforderliche Abstand ist die Höhe H Pyramiden ACD 1 D, von oben abgesenkt D in der Basis ACD 1 (Abb. 2).

Berechnen wir das Volumen der Pyramide ACD 1 D zwei Wege.

Bei der Berechnung nehmen wir zunächst ∆ als Basis ACD 1 dann

Bei der zweiten Berechnungsweise nehmen wir ∆ als Basis ACD, Dann

Lassen Sie uns die rechten Seiten der letzten beiden Gleichungen gleichsetzen und erhalten

Abbildung 2. Zweite Methode

Aus rechtwinkligen Dreiecken WechselstromD, HINZUFÜGEN 1 , CDD 1 Finden Sie die Hypotenuse mithilfe des Satzes des Pythagoras

ACD

Berechnen Sie die Fläche des Dreiecks WechselstromD 1 unter Verwendung der Heron-Formel

Antwort: .

3-Wege. Koordinatenmethode.

Lassen Sie uns einen Punkt geben M(X 0 ,j 0 ,z 0) und Flugzeug α , gegeben durch die Gleichung Axt+von+cz+D=0 in einem rechtwinkligen kartesischen Koordinatensystem. Abstand vom Punkt M zur Ebene α kann mit der Formel berechnet werden:

Lassen Sie uns ein Koordinatensystem einführen (Abb. 3). Koordinatenursprung an einem Punkt IN;

Gerade AB- Achse X, gerade Sonne- Achse j, gerade BB 1 - Achse z.

Abbildung 3. Dritte Methode

B(0,0,0), A(2,0,0), MIT(0,4,0), D(2,4,0), D 1 (2,4,6).

Lassen Ax+von+ cz+ D=0 – Ebenengleichung ACD 1 . Ersetzen Sie darin die Koordinaten von Punkten A, C, D 1 wir bekommen:

Ebenengleichung ACD 1 wird das Formular annehmen

Antwort: .

4-Wege. Vektormethode.

Lassen Sie uns die Basis einführen (Abb. 4) , .

Abbildung 4. Vierte Methode

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Betrachten wir eine bestimmte Ebene π und einen beliebigen Punkt M 0 im Raum. Entscheiden wir uns für das Flugzeug Einheitsnormalenvektor n mit der Anfang an einem Punkt M 1 ∈ π, und sei p(M 0 ,π) der Abstand vom Punkt M 0 zur Ebene π. Dann (Abb. 5.5)

ð(М 0 ,π) = | pr n M 1 M 0 | = |nM 1 M 0 |, (5.8)

seit |n| = 1.

Wenn die π-Ebene gegeben ist rechtwinkliges Koordinatensystem mit seiner allgemeinen Gleichung Ax + By + Cz + D = 0, dann ist sein Normalenvektor der Vektor mit den Koordinaten (A; B; C) und wir können wählen

Seien (x 0 ; y 0 ; z 0) und (x 1 ; y 1 ; z 1) die Koordinaten der Punkte M 0 und M 1 . Dann gilt die Gleichheit Ax 1 + By 1 + Cz 1 + D = 0, da der Punkt M 1 zur Ebene gehört und die Koordinaten des Vektors M 1 M 0 gefunden werden können: M 1 M 0 = (x 0 - x 1; y 0 -y 1 ; z 0 -z 1 ). Aufzeichnung Skalarprodukt nM 1 M 0 in Koordinatenform und Transformation (5.8) erhalten wir


da Ax 1 + By 1 + Cz 1 = - D. Um also den Abstand von einem Punkt zu einer Ebene zu berechnen, müssen Sie die Koordinaten des Punktes in die allgemeine Gleichung der Ebene einsetzen und dann den Absolutwert von dividieren das Ergebnis um einen Normierungsfaktor, der der Länge des entsprechenden Normalenvektors entspricht.