Углубление · Сечения в задачах вузов ← M7
Углубление к модулю M7

Сечения в задачах вузов.

Соберём метод следов, площади и наглядность в подробные разборы настоящих вступительных задач — в духе сборников Прасолова и Шарыгина, задач мехмата МГУ и МАРХИ. Каждая решается одним удачным построением и аккуратной планиметрией.

построитьсечение
найтиплощадь
обосноватьстрого
PROBLEMATAразбор задачМГУ · МАРХИ★ диагональное сечение куба
№ 00Идея

Что спрашивают на экзамене

Вузовская задача на сечение почти всегда состоит из двух частей: построить сечение по заданным условиям и вычислить что-то — площадь, периметр, угол, отношение, в котором сечение делит ребро или объём. Построение опирается на метод следов и свойство параллельных граней; вычисление — на планиметрию найденного многоугольника. Разберём несколько типичных сюжетов целиком.

Построить и сосчитать — два шага, и оба держатся на наглядности. — о задачах на сечения
▱
Разбор по шагам

Сечение через ребро и точку

Куб ABCDA₁B₁C₁D₁. Плоскость проходит через ребро AB и середину M ребра C₁D₁. Построим сечение шаг за шагом.

SECTIOшаг за шагомчерез AB и M▱ ABCD A₁B₁C₁D₁ M
—
шаг 0 / 3

Ключевой ход — на втором шаге: секущая плоскость пересекает две параллельные грани (нижнюю и верхнюю) по параллельным прямым. Поэтому на верхней грани сечение идёт через M параллельно AB — а это в точности ребро D₁C₁. Дальше остаётся соединить концы.

№ 02Задача 1

Площадь диагонального сечения

Условие. Найти площадь сечения куба с ребром $a$ из разбора выше (через ребро AB и середину C₁D₁).

Решение. Сечение — четырёхугольник ABC₁D₁. Стороны AB и D₁C₁ равны ребру $a$ и параллельны, значит, ABC₁D₁ — параллелограмм. Боковая сторона BC₁ — диагональ боковой грани BCC₁B₁, поэтому $BC_1 = a\sqrt2$. Проверим угол: ребро AB перпендикулярно грани BCC₁B₁, а значит, и любой прямой в ней, в том числе BC₁. Значит, угол при вершине B прямой, и ABC₁D₁ — прямоугольник со сторонами $a$ и $a\sqrt2$.

$S = a\cdot a\sqrt2 = a^2\sqrt2 \approx 1{,}41\,a^2,\qquad P = 2a + 2a\sqrt2 = 2a(1+\sqrt2).$

Это знаменитое диагональное сечение куба — наибольшее из «прямых» сечений. Заметьте: ни одной громоздкой формулы, только теорема Пифагора в грани и признак прямоугольника.

Диагональ грани $a\sqrt2$ — и площадь сечения готова. — разбор задачи 1
№ 03Задача 2

Сечение через ребро и середину бокового ребра

Условие. Плоскость проходит через ребро AB куба с ребром $a$ и через середину K ребра CC₁. Построить сечение и найти его площадь.

Построение. Точки A и B лежат в нижней грани, K — на боковом ребре. По свойству параллельных граней секущая плоскость пересекает верхнюю и нижнюю грани по параллельным прямым; на верхней грани прямая проходит через точку L на ребре DD₁, симметричную K. Прямая через K и L параллельна AB. Сечение — четырёхугольник ABKL.

Вычисление. AB и LK равны $a$ и параллельны, значит, ABKL — параллелограмм. Сторона AL соединяет вершину A с точкой L — серединой DD₁; в прямоугольном треугольнике ADL катеты $AD = a$ и $DL = \tfrac{a}{2}$, поэтому

$AL = \sqrt{a^2 + \tfrac{a^2}{4}} = \dfrac{a\sqrt5}{2}.$

Ребро AB перпендикулярно грани ADD₁A₁, а значит, и прямой AL в ней — угол при A прямой, ABKL — прямоугольник. Его площадь

$S = AB\cdot AL = a\cdot\dfrac{a\sqrt5}{2} = \dfrac{a^2\sqrt5}{2} \approx 1{,}12\,a^2.$

Снова рецепт тот же: увидеть параллельность граней, найти стороны через прямоугольные треугольники, опознать прямоугольник. Меняются числа — метод остаётся.

★Общий приём

Секущая плоскость режет параллельные грани по параллельным прямым. Это сразу даёт форму сечения; длины сторон находят через прямоугольные треугольники в гранях, а площадь — по планиметрии.

✓
Стратегия

Как решать задачи на сечения

Короткий чек-лист для вступительного экзамена.

✓
Постройте сечение

Метод следов и параллельность граней. Сначала точки в общих гранях, затем след и недостающие вершины.

✓
Опознайте многоугольник

Параллелограмм, трапеция, прямоугольник? Параллельные грани дают параллельные стороны; перпендикулярность ребра к грани — прямые углы.

✓
Найдите стороны

Через прямоугольные треугольники в гранях и теорему Пифагора. Диагональ грани куба — $a\sqrt2$.

✓
Сосчитайте площадь

По планиметрии: формула для правильной фигуры или разбиение на треугольники.

И главное — крупный, аккуратный чертёж (навык модуля M8). На хорошем рисунке параллельности и прямые углы видны сразу, и решение пишется в несколько строк.

№ 05Связи

Куда дальше