Для решения данной задачи нам нужно более детально исследовать геометрию прямоугольного параллелепипеда и понять, как вычислить расстояние между боковым ребром и скрещивающейся с ним диагональю.
Обозначим стороны прямоугольного параллелепипеда:
- Основание является квадратом со стороной ( a ).
- Высота параллелепипеда равна ( h ).
Рассмотрим прямоугольный параллелепипед с вершинами ( A, B, C, D, E, F, G, H ), где:
- ( A, B, C, D ) — вершины нижнего основания,
- ( E, F, G, H ) — вершины верхнего основания.
Пусть ( A(0, 0, 0) ), ( B(a, 0, 0) ), ( D(0, a, 0) ) и ( E(0, 0, h) ).
Диагональ ( AC ) (нижнего основания) проходит через точки ( A(0, 0, 0) ) и ( C(a, a, 0) ).
Теперь рассмотрим боковое ребро, например, ( AE ), которое проходит через точки ( A(0, 0, 0) ) и ( E(0, 0, h) ).
Для нахождения расстояния между боковым ребром ( AE ) и диагональю ( AC ), используем метод вычисления расстояния между скрещивающимися прямыми в пространстве.
Находим вектор, задающий прямую ( AE ):
[
\overrightarrow{AE} = (0, 0, h)
]
Находим вектор, задающий прямую ( AC ):
[
\overrightarrow{AC} = (a, a, 0)
]
Находим вектор, соединяющий произвольные точки на данных прямых. В данном случае это будет вектор, соединяющий точки ( A(0, 0, 0) ) и ( C(a, a, 0) ):
[
\overrightarrow{AC} = (a, a, 0)
]
Вычисляем векторное произведение векторов:
[
\overrightarrow{AE} \times \overrightarrow{AC} = \begin{vmatrix}
\mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \
0 & 0 & h \
a & a & 0
\end{vmatrix} = (0 - ah, 0 - 0, 0 - 0) = (-ah, 0, 0)
]
Вычисляем длину векторного произведения:
[
| \overrightarrow{AE} \times \overrightarrow{AC} | = \sqrt{(-ah)^2 + 0^2 + 0^2} = ah
]
Вычисляем расстояние между скрещивающимися прямыми с помощью формулы:
[
\text{Расстояние} = \frac{| \overrightarrow{AE} \times \overrightarrow{AC} |}{| \overrightarrow{AE} | \cdot | \overrightarrow{AC} |}
]
Найдем длины векторов:
[
| \overrightarrow{AE} | = \sqrt{0^2 + 0^2 + h^2} = h
]
[
| \overrightarrow{AC} | = \sqrt{a^2 + a^2 + 0^2} = a\sqrt{2}
]
Подставляем значения в формулу:
[
\text{Расстояние} = \frac{ah}{h \cdot a\sqrt{2}} = \frac{ah}{ah\sqrt{2}} = \frac{1}{\sqrt{2}} = \frac{\sqrt{2}}{2}a
]
Таким образом, расстояние от бокового ребра ( AE ) до скрещивающейся с ним диагонали ( AC ) равно ( \frac{\sqrt{2}}{2}a ).