Угол между скрещивающимися рёбрами куба — проверочная работа, 10 класс

Содержание статьи10 разделов

Проверочная: угол между скрещивающимися рёбрами

Используется один и тот же куб ABCD A₁B₁C₁D₁ с квадратным основанием и вертикальными боковыми рёбрами. Угол между скрещивающимися прямыми находят, заменив одну прямую параллельной ей прямой, пересекающей вторую. Угол выбирают в пределах от 0° до 90°.

Существенное наблюдение: все РЁБРА куба имеют лишь три взаимно перпендикулярных направления. Поэтому если два ребра скрещиваются, их направления различны и угол между содержащими их прямыми всегда 90°. Между параллельными рёбрами угол 0°, но такая пара не относится к заданной категории. Не путайте ребро и диагональ: для диагоналей возможны другие углы.

Вариант I — определите и обоснуйте

Для каждой пары: 1) установите, скрещиваются ли прямые; 2) если да, найдите угол; 3) назовите перенос или направление, которым можно доказать ответ. Имя: _____________________ Дата: __________

  1. AB и CC₁. Статус: ________. Угол (если скрещиваются): ________. Обоснование: ____________________.
  2. BC и AA₁. Статус: ________. Угол (если скрещиваются): ________. Обоснование: ____________________.
  3. A₁B₁ и DD₁. Статус: ________. Угол (если скрещиваются): ________. Обоснование: ____________________.
  4. AD и B₁C₁. Статус: ________. Угол (если скрещиваются): ________. Обоснование: ____________________.
  5. AB и BC. Статус: ________. Угол (если скрещиваются): ________. Обоснование: ____________________.
  6. AA₁ и B₁C₁. Статус: ________. Угол (если скрещиваются): ________. Обоснование: ____________________.
  7. AB и D₁C₁. Статус: ________. Угол (если скрещиваются): ________. Обоснование: ____________________.
  8. CD и BB₁. Статус: ________. Угол (если скрещиваются): ________. Обоснование: ____________________.

Вариант II — контроль геометрической логики

Набор независим от варианта I: меняются пары рёбер и точки, в которых удобно проводить параллельные переносы. Имя: _____________________ Дата: __________

  1. BC и DD₁. Положение: ________. Требуемый угол: ________. Доказательство: ____________________.
  2. DA и B₁C₁. Положение: ________. Требуемый угол: ________. Доказательство: ____________________.
  3. AA₁ и D₁C₁. Положение: ________. Требуемый угол: ________. Доказательство: ____________________.
  4. AB и BB₁. Положение: ________. Требуемый угол: ________. Доказательство: ____________________.
  5. C₁D₁ и AA₁. Положение: ________. Требуемый угол: ________. Доказательство: ____________________.
  6. BC и A₁D₁. Положение: ________. Требуемый угол: ________. Доказательство: ____________________.
  7. CD и AA₁. Положение: ________. Требуемый угол: ________. Доказательство: ____________________.
  8. CC₁ и A₁D₁. Положение: ________. Требуемый угол: ________. Доказательство: ____________________.

Ключ варианта I

Задание Ответ Объяснение
1 скрещиваются; 90° AB параллельна ребру DC, а DC перпендикулярна CC₁ в C.
2 скрещиваются; 90° BC параллельна AD, а AD перпендикулярна AA₁ в A.
3 скрещиваются; 90° A₁B₁ параллельна DC, а DC перпендикулярна DD₁ в D.
4 не скрещиваются — параллельны Оба ребра параллельны оси AD.
5 не скрещиваются — пересекаются Общий конец B; их угол 90° не является углом скрещивающихся прямых.
6 скрещиваются; 90° Вертикальное AA₁ перпендикулярно направлению верхнего ребра B₁C₁.
7 не скрещиваются — параллельны Рёбра одного направления и не имеют общих точек.
8 скрещиваются; 90° CD параллельна AB, а AB перпендикулярна BB₁ в B.

Ключ варианта II

Задание Ответ Объяснение
1 скрещиваются; 90° BC параллельна AD, а AD перпендикулярна DD₁ в D.
2 не скрещиваются — параллельны Одинаковое направление от одной грани к другой.
3 скрещиваются; 90° Вертикаль AA₁ перпендикулярна прямой, параллельной AB.
4 не скрещиваются — пересекаются Общая вершина B; угол между ними прямой.
5 скрещиваются; 90° Направление C₁D₁ горизонтальное, AA₁ вертикальное.
6 не скрещиваются — параллельны Оба ребра параллельны AD.
7 скрещиваются; 90° CD параллельна AB, а AB перпендикулярна AA₁.
8 скрещиваются; 90° CC₁ вертикальна, A₁D₁ идёт вдоль направления AD.

Почему угол не зависит от ребра a

Пусть длина ребра a > 0. В координатной модели направляющие векторы рёбер пропорциональны (1;0;0), (0;1;0), (0;0;1). Для двух различных направлений скалярное произведение равно нулю; значит косинус угла равен нулю и угол равен 90°. Для параллельных направлений, если взять острый либо нулевой угол, получим 0°. Это объясняет все ответы без рисунка и не требует вычисления диагоналей.

Разбор классификации на двух противоположных примерах

Вариант I, задание 1: AB и CC₁ не имеют общей точки; направление AB горизонтально, CC₁ вертикально. Через C проходит DC, параллельная AB. Угол между DC и CC₁ измеряется непосредственно в C и равен 90°. Значит, между исходными скрещивающимися прямыми угол тоже 90°. Важно, что перенос выполняют параллельно, а не поворачивают ребро.

Вариант I, задание 4: AD и B₁C₁ направлены одинаково. Хотя на рисунке между ними может быть видимый «косой» промежуток, эти прямые параллельны. Если взять определение угла между любыми прямыми, его значение равно нулю; но записывать 0° в графу «угол между скрещивающимися» нельзя — исходная предпосылка неверна.

Три способа проверить прямой угол

  • Перенесите одну прямую параллельно так, чтобы она пересекла другую, и найдите угол соседних рёбер куба.
  • Выберите две оси координат, соответствующие направлениям рёбер: x, y и z попарно перпендикулярны.
  • Представьте прямоугольную грань, в которой после переноса располагаются обе прямые: стороны такой грани образуют прямой угол.

Удобнее применять геометрический перенос: в реальном классе куб можно собрать из спичек или палочек, не изменяя направления рёбер. Упражнение развивает именно определение угла между пространственными прямыми, а не вычисление длины отрезка. Значение a, заданное для куба, здесь ни на что не влияет: при изменении масштаба все углы сохраняются.

Как не попасться на диагонали

Рассматриваем только ребра, перечисленные в условии. Диагональ грани A₁C₁ или пространственная диагональ AC₁ может идти под углом 45° к некоторым рёбрам. Если незаметно заменить ребро диагональю, получится неверная «общая формула» о 90°. Для пары рёбер сначала обязательно докажите, что они действительно скрещиваются; затем уже используйте три направления куба.

Отдельно проверьте ориентацию обозначений: D₁ — верхняя вершина над D, а не над B. Пары с индексом ₁ не всегда находятся в одной плоскости. Перенос вдоль параллельной прямой может вывести ребро из верхней грани к нижней, но угол при этом остаётся неизменным.

Оценивание и частая ловушка

За каждую пару — 3 балла: 1 за тип расположения, 1 за корректный угол либо его осознанный пропуск, 1 за обоснование. На каждый вариант максимум 24 балла. Если написано «90°» для пересекающихся AB и BC, численное значение верное, но это НЕ ответ о скрещивающихся прямых — за классификацию и правильность постановки снимаются баллы.

В задачи входит 16 пар; специально включены случаи, где нет искомого угла скрещивающихся прямых. Цель работы — прежде проверить расположение и лишь затем вычислять угол, а не механически писать 90° ко всем строкам.

Поделиться

Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.

Поставить оценку

Была ли статья полезной и понятной?

Пока нет оценок — будьте первым