Сборник задач по математике с решениями для поступающих в вузы

3.54. Высота SP пирамиды SABС (рис. I.3.54) фиксирована и равна 4. В основании правильный треугольник АВС со стороной 6. Кроме того, основание высоты не покидает треугольник АВС. Следовательно, вершина S пирамиды SАВС лежит в плоскости, параллельной плоскости треугольника АВС, и отстоящей от нее на расстоянии, равном 4. Если мы построим на основании АВС прямую призму А₁В₁С₁ABC с ребром 4, то вершина S пирамиды SАВС будет принадлежать верхнему основанию этой призмы.

K главе 4

4.1. Построение сечения, о котором идет речь в задаче, показано на рис. I.4.1. Вначале найдена точка F сечения, лежащая в плоскости нижнего основания на пересечении прямых АЕ и DС.

4.2. Построение сечения показано на рис. I.4.2, который подсказывает и рациональный способ вычисления площади сечения.

4.3. Чтобы построить сечение, проведите прямую через вершину А и центр верхнего основания и найдите точку пересечения этой прямой с ребром СС₁.

4.4. Сечение BEFG (рис. I.4.4) разбивает пирамиду на две части. Удобнее найти объем той части пирамиды, которая лежит под сечением, представив эту фигуру в виде разности двух пирамид EBCM и FGDM.

4.5. Сечение должно пройти через точки А, D и N (рис. I.4.5). Если их соединить, то получим пирамиду NACD, которую сечение отрезает от половины данной пирамиды.

4.6. Основную трудность в этой задаче представляет построение сечения. Начните с построения вспомогательного треугольника PQR.

4.7. Связать сечение с перпендикулярной к нему плоскостью центрального сечения пирамиды.

4.8. Чтобы вычислить площадь треугольника ABE, достаточно найти его высоту ЕМ (рис. I.4.8). Высоту B₁O призмы нетрудно вычислить, а высота EK пирамиды EABC в два раза меньше B₁

O.

4.9. Чтобы построить сечение, достаточно провести через точку F два отрезка, лежащих внутри данного параллелепипеда: один в одной диагональной плоскости параллельно BD, а второй в другой диагональной плоскости параллельно AC₁.

4.10. Построение тени, отбрасываемой кубом, показано на рис. I.4.10. Посмотрите, как будет изменяться тень при вращении источника света.

4.11. Площадь тени не изменится при произвольном параллельном переносе куба. Поэтому удобно расположить куб так, чтобы по крайней мере одна из его вершин (обозначим ее А) лежала в плоскости Π (рис. I.4.11).

Площадь тени не изменится также и при вращении куба вокруг вертикальной прямой, проходящей через вершину А. Следовательно, для определения положения куба удобно воспользоваться острым углом между плоскостью его нижнего основания и плоскостью Π, который при таком вращении не изменяется.

Задача существенно упростится, если удастся выбрать в кубе простейшую фигуру, составленную из плоских фигур, которая отбрасывает на плоскость Π ту же самую тень.

K главе 5

5.1. Если точка M принадлежит геометрическому месту точек, то отрезок NО виден из нее под прямым углом. (!)

5.2. Если к треугольнику АМВ применить теорему косинусов, то получим еще одно соотношение, связывающее угол АМВ со сторонами треугольника.

5.3. Поскольку характеристики геометрического места точек содержатся в условии задачи, вполне удобно доказать, что любая точка окружности обладает указанным свойством. Для этого следует применить теорему косинусов к стороне МВ треугольника АМВ.

5.4. При любом выборе точки M треугольники АМВ и ВМС имеют общую сторону ВМ. Использовать условие равновеликости двух треугольников, имеющих общую сторону.

5.5. Пусть точка M зафиксирована. Площадь треугольника АВМ не изменится, если отрезок AB двигать по прямой AB. То же самое можно сказать о треугольнике СDМ. Остается рассмотреть два случая: 1) прямые AB и CD пересекаются, 2) прямые AB и CD параллельны.

5.6. Выясните, какую роль играет в задаче куб. Задачу можно разделить на две: вначале решить ту же задачу для прямых, на которых расположены диагонали куба, а затем высечь часть пространства, ограниченную кубом, и проследить, какие при этом произойдут изменения.

K главе 6

6.1. Воспользоваться тождеством p² − 1 = (p − 1)(p + 1).

6.2. Способ 1. Воспользоваться методом математической индукции. (!)

Способ 2. Разбить все числа на классы по модулю 3:

n = 3k, n = 3k + 1, n = 3k − 1,

и проверить утверждение для каждого класса. (!)

6.3.

Поскольку 105 = 3 · 5 · 7, то а¹⁰⁵ = (а³)³⁵ = (а⁵)²¹ = (а⁷)¹⁵. Воспользуйтесь этим для разложения данного числа на множители.

6.4. Среди чисел от 1 до 500 будет 250 четных, 125 делящихся на 4 и т. д.

6.5. Чтобы данное число приняло более симметричный вид, его удобно умножить на 10. При этом делимость его на 81 не изменится.

6.6. Дополнить выражение n⁴ + 4 до полного квадрата и разложить на множители.

6.7. Так как по условию n четное, то нужно сделать подстановку n = 2k и привести данное выражение к общему знаменателю.

6.8. Способ 1. Дробь  сократима тогда и только тогда, если ее числитель представим в виде pr, а знаменатель — в виде qr, где p, q и r — целые числа и r ≠ ±1.