Решение задачи 14. Вариант 222

Куб целиком находится в правильной треугольной пирамиде SABC с вершиной S
так, что одна грань куба принадлежит основанию, одно ребро целиком принадлежит
грани SBC, а грани SAB и SAC содержат по одной вершине куба. Известно, что ребро АВ
в 2 раза больше высоты пирамиды.
А) Докажите, что плоскость, проходящая через вершины куба, принадлежащие граням
SAB  и SAC,  и вершину  пирамиды,  перпендикулярна  плоскости ASD,  где D –  середина
стороны ВС.
Б) Найдите отношение объемов пирамиды и куба.

Решение

Сделаем рисунок, проведем плоскости ​\( SAD \)​ и ​\( STP \)​ (нам нужно доказать, что они перпендикулярны)

Так же построим высоту пирамиды ​\( SO_{1} \)​ она пересекает верхнюю грань куба в точке ​\( O_{2} \)

Противоположные плоскости куба параллельны. ​\( (KTP)∥(K_{1}T_{1}P_{1}) \)

Если две плоскости пересечены третьей, то линии их пересечения параллельны. Получаем, что ​\( FN∥BC \)​, а так как KL лежит на FN, то и ​\( KL∥BC \)​ значит и ​\( TP∥BC \)

Получаем, что ​\( BC∥(STP) \)​ (​\( TP∥BC \)​)

 

SD и AD -высоты и медианы в соответствующих треугольниках. ​\( BC⊥SD \)​, ​\( BC⊥AD \)​.

Делаем вывод, что ​\( BC⊥(ASD) \)​, так как BC ⊥ двум пересекающимся прямым лежащих в этой плоскости.

А так как \( BC∥(STP) \)​, то ​\( (STP)⊥(ASD) \)

Погнали дальше

Б) Обозначим высоту пирамиды за ​\( h \)

\( AB=2h \)​ – по условию

\( V_{п}=\frac{1}{3}*S_{осн}*h=\frac{\sqrt{3}*h^3}{3} \)​так как​\( S_{осн}=0.5*2h*2h*sin60=\sqrt{3}h \)

Чтобы получить искомое отношение, нужно выразить ребро куба как-то через ​\( h \)​ к этому и будет идти)

Обозначим сторону куба за ​\( a \)

Заметим, что так как ​\( FN∥BC \)​ (аналогично по пункту а ​\( NE∥AB \)​, ​\( FE∥AC \)​)

\( △FNE \)​ подобен ​\( △ACB \)​(по двум углам) , значит ​\( △FNE \)​ – равносторонний.

\( △TEP \)​ подобен ​\( △FNE \)​(по двум углам) (по той же причине) – следовательно он равносторонний.

\( TP=TE=PE=a \)

из прямоугольного треугольника ​\( △NO_{2}P \)​ получаем, ​\( sin60=\frac{O_{2}P}{NP} \)​( ​\( ∡O_{2}NP=60 \)​ ), значит ​\( NP=\frac{a*2}{\sqrt{3}} \)

\( NE=NP+PE=\frac{a*2}{\sqrt{3}}+a \)

Теперь возможно совсем не очевидная вещь. ​\( O_{2}O{1}=a \) ​- так как это расстояние между плоскостями оснований, ​\( SO_{2}=h-a \)

\( △SO_{2}N \)​подобен ​\( △SO_{1}B \)​(по двум углам)​\( \frac{SN}{SB}=\frac{SO_{2}}{SO_{1}}=\frac{h-a}{h} \)

Очевидно, что ​\( △SNE \)​ подобен ​\( △SAB \)​, значит ​\( \frac{NE}{AB}=\frac{SN}{SB}=\frac{h-a}{a} \)​ отсюда ​\( NE=2h*\frac{h-a}{h}=2(h-a) \)

теперь приравняем ​​\( 2(h-a)=\frac{2a}{\sqrt{3}}+a \)​ отсюда ​\( a=\frac{2h*\sqrt{3}}{2+\sqrt{3}} \)

\( V_{к}=a^3 \)

\( \frac{V_{п}}{V_{к}}=\frac{(2+\sqrt{3})^3}{72} \)​ – это ответ:)

Оцените решение
Ten-tlt.ru
Вставить формулу как
Блок
Строка
Дополнительные настройки
Цвет формулы
Цвет текста
#333333
Используйте LaTeX для набора формулы
Предпросмотр
\({}\)
Формула не набрана
Вставить