[latexpage]
Задачи на определение расстояния между двумя скрещивающимися прямыми – самые сложные, пожалуй, из всех задач по стереометрии. Предлагаю короткую серию статей, где ряд таких задач будет решен различными способами – классикой, координатным, методом объемов.
Задача 1. В правильной треугольной призме $ABCA_1B_1C_1$ все ребра равны двум. Точка $M$ – середина ребра $AA_1$.
А) Доказать, что прямые $MB$ и $B_1C$ перпендикулярны.
Б) Найти расстояние между прямыми $MB$ и $B_1C$.

К задаче 1
А) Воспользуемся координатным методом. Введем систему координат так, как показано на рисунке. Нам понадобятся координаты точек $M, B, B_1, C$:
$M\{-1; 0; 1\}, B\{0; \sqrt{3}; 2\}, C\{1; 0; 2 \}, B_1\{0, \sqrt{3}; 0\}$.
Направляющий вектор прямой $MB$ будет иметь координаты $\vec{MB}\{1; \sqrt{3}; 1\}$, направляющий вектор прямой $CB_1$ – координаты $\vec{CB_1}\{-1; \sqrt{3}; -2\}$. Скалярное произведение указанных векторов (по координатам) равно нулю, следовательно, направляющие векторы данных прямых перпендикулярны, и сами прямые, значит, тоже перпендикулярны.
Б) Для того, чтобы найти расстояние между прямыми, нужно провести плоскость, содержащую одну прямую и параллельную при этом другой. Затем определить расстояние от данной плоскости до любой точки второй прямой по формуле
$$\Delta=\frac{\mid ax_0+by_0+cz_0+d\mid}{\sqrt{a^2+b^2+c^2}}$$
Здесь $a, b, c$ – коэффициенты в уравнении плоскости, проведенной через одну из прямых, $\{x_0; y_0; z_0\}$ – координаты произвольной точки второй прямой.
Чтобы заполучить плоскость, проведем прямую, параллельную $BM$ – $B_1L$.

К задаче 1 – рисунок 2
Координаты точки $L$ – $\{-1; 0; -1\}$. Теперь по трем точкам – $B, C, L$ – получим уравнение плоскости.
$$\begin{Bmatrix}{a+2c+d=0}\\{\sqrt{3}b+d=0}\\{-a-c+d=0}\end{matrix}$$
Получаем коэффициенты в уравнении плоскости
$$b=-\frac{d}{\sqrt{3}}$$
$$c=-2d$$
$$a=3d$$
Нормаль к плоскости $\vec{n}$ имеет координаты $\{3d; -\frac{d}{\sqrt{3}}; -2d\}$, или просто $\{3; -\frac{1}{\sqrt{3}}; -2\}$.
Определяем расстояние по вышеприведенной формуле, используя при этом точку $L$.
$$\Delta=\frac{\mid 3\cdot(-1)+0\cdot-\frac{1}{\sqrt{3}}-2\cdot 1+1 \mid}{\sqrt{9+\frac{1}{3}+4}}$$
$$\Delta=\frac{\mid -4 \mid}{\sqrt{13+\frac{1}{3}}}=\frac{2\sqrt{3}}{\sqrt{10}}=\frac{\sqrt{30}}{5}$$
Ответ: $\Delta=\frac{\sqrt{30}}{5}$
Задача 2. В кубе $ABCDA_1B_1C_1D_1$ все ребра равны 6.
А) Докажите, что угол между прямыми $AC$ и $BD_1$ равен $90^{\circ}$.
Б) Найдите расстояние между прямыми $AC$ и $BD_1$.

К задаче 2
Вводим систему координат и определяем координаты точек $A, C, B, D_1$.

Система координат
Координаты точек: $A\{0; 0; 6\}, C\{6; 6; 6\}, B\{0; 6; 6\}, D_1\{6; 0; 0\}$
Координаты векторов: $\vec{AC}\{6; 6; 0\}$, $\vec{BD_1}\{6; -6; -6\}$. Произведение соответствующих координат обоих векторов (скалярное произведение) равно 0, значит, вектора перпендикулярны.
Расстояние между прямыми найдем методом координат и классическим способом.
По методу координат: построим плоскость, параллельную прямой $BD_1$ и содержащую прямую $AC$.

К задаче 2 – рисунок 3
Проводим прямую, параллельную $BD_1$, через середину отрезка $AC$, и получаем точку $K$, плоскость $ACK$ параллельна $BD_1$. Определим координаты точек $A, C, K$ и составляем по ним уравнение плоскости:
$$K\{6; 0; 3\}$$
Уравнение плоскости по точкам:
$$\begin{Bmatrix}{6c+d=0}\\{6a+6b+6c+d=0}\\{6a+3c+d=0}\end{matrix}$$
$$\begin{Bmatrix}{c=-\frac{d}{6}}\\{6a+6b+6c+d=0}\\{6a-\frac{d}{2}+d=0}\end{matrix}$$
$$\begin{Bmatrix}{c=-\frac{d}{6}}\\{-6\cdot\frac{d}{12}+6b-d+d=0}\\{a=-\frac{d}{12}=0}\end{matrix}$$
$$\begin{Bmatrix}{c=-\frac{d}{6}}\\{b=\frac{d}{12}}\\{a=-\frac{d}{12}=0}\end{matrix}$$
Вектор нормали $\vec{n}\{-\frac{d}{12}; \frac{d}{12}; -\frac{d}{6}\}$, или, домножая на 12 и деля на $d$, имеем $\vec{n}\{-1; 1; -2\}$.
В уравнении плоскости коэффициент $d$ определим, подставив в уравнение координаты принадлежащей плоскости точки, а именно, точки пересечения прямых $AC$ и $KL$:
$$-1\cdot 3+1\cdot 3-2\cdot 6+d=0$$
$$d=12$$
Возьмем точку на прямой $BD_1$, например, $B\{0; 6; 6\}$.
Расстояние между прямыми
$$\Delta=\frac{\mid 0\cdot(-1)+1\cdot6-2\cdot 6+12 \mid}{\sqrt{1+1+4}}=\frac{6}{\sqrt{6}}=\sqrt{6}$$
Ответ: $\Delta=\sqrt{6}$.
Теперь та же задача классическим методом: нужно определить расстояние $x$.

К задаче 2 – рисунок 4
На выносном чертеже определим угол $\alpha$ в треугольнике $BDD_1$. В нем нам известны стороны: $DD_1=6; BD=6\sqrt{2}; BD_1=6\sqrt{3}$. Поэтому
$$\sin{\alpha}=\frac{BD}{BD_1}=\sqrt{\frac{2}{3}}$$
Так как $KD_1=3$, то
$$\frac{x}{KD_1}=\sin{\alpha}=\sqrt{\frac{2}{3}}$$
$$x=3\cdot\sqrt{\frac{2}{3}}=\sqrt{6}$$
Ответ: $\sqrt{6}$.
В 14-ой нашел отношение q1\q2 + q2\q1 = 7 а дальше никак не...
Почему в 13 задании объем воды уменьшается? У нас же плавится...
А как решается 6-й...
Понял,...
Потому что дана не удельная, а просто теплоемкость - она уже внутри себя несет...