Внутри правильного тетраэдра с ребром a расположены четыре равных шара. Каждый шар касается трёх других и трёх граней тетраэдра. Найдите радиусы шаров.
💡 Пошаговый разбор и решение:
[рис.] Пусть r — искомый радиус. Соединим попарно центры шаров. Получим правильный тетраэдр со стороной 2r. Так как шары вписаны в трёхгранные углы при вершинах правильного тетраэдра, то их центры лежат на соответствующих высотах тетраэдра. Поэтому центр правильного тетраэдра с вершинами в центрах данных шаров совпадает с центром O данного правильного тетраэдра.
Пусть шар радиуса r с центром O1, вписанный в трёхгранный угол с вершиной D, касается плоскости грани ABD данного правильного тетраэдра ABCD со стороной a в точке P.
Тогда
$O_1P=r,OD= $\frac{3}{4}$ \cdot $\frac{1}{3}$ a $\sqrt{6}$ = \frac{a $\sqrt{6}$}{4} ,OO_1 = $\frac{3}{4}$ \cdot $\frac{1}{3}$ \cdot 2r $\sqrt{6}$ = \frac{r $\sqrt{6}$}{2}$
$O_1D=OD - OO_1= \frac{a $\sqrt{6}$}{4} - \frac{r $\sqrt{6}$}{2} = \frac{$\sqrt{6}$ ( a - 2r )}{4}$
Пусть M — центр основания ABC, K — середина AB, φ — угол между высотой тетраэдра и плоскостью его грани. Из прямоугольного треугольника DMK находим, что
$\sin \varphi = $\frac{MK}{DK}$ = \frac{\frac{a $\sqrt{3}$}{6} ,}{\frac{a $\sqrt{3}$}{2}} = \frac{1}{3}$
Значит, $O_1D= \frac{O_1P}{\sin \varphi}$ или $\frac{$\sqrt{6}$ ( a - 2r )}{4} =3r$ откуда находим, что $r= \frac{a ( $\sqrt{6}$ - 1 )}{10}$
Ответ: $r= \frac{a ( $\sqrt{6}$ - 1 )}{10}$
Пусть шар радиуса r с центром O1, вписанный в трёхгранный угол с вершиной D, касается плоскости грани ABD данного правильного тетраэдра ABCD со стороной a в точке P.
Тогда
$O_1P=r,OD= $\frac{3}{4}$ \cdot $\frac{1}{3}$ a $\sqrt{6}$ = \frac{a $\sqrt{6}$}{4} ,OO_1 = $\frac{3}{4}$ \cdot $\frac{1}{3}$ \cdot 2r $\sqrt{6}$ = \frac{r $\sqrt{6}$}{2}$
$O_1D=OD - OO_1= \frac{a $\sqrt{6}$}{4} - \frac{r $\sqrt{6}$}{2} = \frac{$\sqrt{6}$ ( a - 2r )}{4}$
Пусть M — центр основания ABC, K — середина AB, φ — угол между высотой тетраэдра и плоскостью его грани. Из прямоугольного треугольника DMK находим, что
$\sin \varphi = $\frac{MK}{DK}$ = \frac{\frac{a $\sqrt{3}$}{6} ,}{\frac{a $\sqrt{3}$}{2}} = \frac{1}{3}$
Значит, $O_1D= \frac{O_1P}{\sin \varphi}$ или $\frac{$\sqrt{6}$ ( a - 2r )}{4} =3r$ откуда находим, что $r= \frac{a ( $\sqrt{6}$ - 1 )}{10}$
Ответ: $r= \frac{a ( $\sqrt{6}$ - 1 )}{10}$
Правильный ответ:
$r= дробь: числитель: a левая круглая скобка корень из 6 минус 1 правая круглая скобка , знаменатель: 10 конец дроби$
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 69766 • Задание №16
Цена производителя на некоторое изделие составляет 25 рублей. Прежде чем попасть на прилавок магазина, изделие...
ID 70882 • Задание №18
Найдите все значения a, при каждом из которых система уравнений
$система выражений дробь: числитель: xy в ква...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Имеется верное доказательство утверждения пункта а), и обоснованно получен верный ответ в пункте б) | 3
Получен обоснованный ответ в пункте б)
ИЛИ
имеется верное доказательство утверждения пункта а), и при обоснованном решении пункта б) получен неверный ответ из-за арифметической ошибки | 2
Имеется верное доказательство утверждения пункта а),
ИЛИ
при обоснованном решении пункта б) получен неверный ответ из-за арифметической ошибки,
ИЛИ
обоснованно получен верный ответ в пункте б) с использованием утверждения пункта а), при этом пункт а) не выполнен | 1
Решение не соответствует ни одному из критериев, приведённых выше | 0
Максимальный балл | 3
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Имеется верное доказательство утверждения пункта а), и обоснованно получен верный ответ в пункте б) | 3
Получен обоснованный ответ в пункте б)
ИЛИ
имеется верное доказательство утверждения пункта а), и при обоснованном решении пункта б) получен неверный ответ из-за арифметической ошибки | 2
Имеется верное доказательство утверждения пункта а),
ИЛИ
при обоснованном решении пункта б) получен неверный ответ из-за арифметической ошибки,
ИЛИ
обоснованно получен верный ответ в пункте б) с использованием утверждения пункта а), при этом пункт а) не выполнен | 1
Решение не соответствует ни одному из критериев, приведённых выше | 0
Максимальный балл | 3
🔗 Другие задания линии №10 по предмету Математика. Профильный уровень:
ID 66389
В 2008 году в городском квартале проживало $40 \thinspace 000$ человек. В 2009 году, в результа...
ID 66390
В понедельник акции компании подорожали на некоторое количество процентов, а во вторник подешев...
ID 66391
Четыре одинаковые рубашки дешевле куртки на 8%. На сколько процентов пять таких же рубашек доро...
ID 66392
Семья состоит из мужа, жены и их дочери студентки. Если бы зарплата мужа увеличилась вдвое, общ...
ID 66393
Цена холодильника в магазине ежегодно уменьшается на одно и то же число процентов от предыдущей...