В правильной треугольной пирамиде SABC радиус описанной сферы в три раза больше радиуса вписанной сферы.
а) Докажите, что SABC — правильный тетраэдр.
б) Плоскость, проходящая через сторону АВ и центр вписанной сферы, пересекает ребро SC в точке L. Найдите радиус сферы, вписанной в пирамиду ABCL, если сторона основания пирамиды SABC равна $\sqrt{аргумента: 6} аргумента + 1$
а) Докажите, что SABC — правильный тетраэдр.
б) Плоскость, проходящая через сторону АВ и центр вписанной сферы, пересекает ребро SC в точке L. Найдите радиус сферы, вписанной в пирамиду ABCL, если сторона основания пирамиды SABC равна $\sqrt{аргумента: 6} аргумента + 1$
💡 Пошаговый разбор и решение:
[рис.] а) Пусть радиус вписанной сферы равен r, радиус описанной — 3r. Обозначим их центры точками I и O соответственно. Оба этих центра лежат на высоте SH, то есть OS = 3r, IH = r, $x = OH - IH$ Положение центров сфер на высоте пока не определено однозначно, поэтому значение x может быть отрицательным. Пусть также точка M — середина AB. По теореме Пифагора
$CH ^2 = CO ^2 - OH ^2 = ( 3r ) ^2 - ( r + x ) ^2 = ( 4r + x ) ( 2r - x )$
откуда
$MH = $\frac{CH}{2}$ = \sqrt{аргумента: $\frac{( 4r + x ) ( 2r - x )}{4}$} аргумента$
$SM ^2 = SH ^2 + HM ^2 = ( 4r + x ) ^2 + $\frac{( 4r + x ) ( 2r - x )}{4}$ = \frac{( 4r + x ) ( 18r + 3x )}{4}$ $SM ^2 = SH ^2 + HM ^2 =$
$= ( 4r + x ) ^2 + $\frac{( 4r + x ) ( 2r - x )}{4}$ = \frac{( 4r + x ) ( 18r + 3x )}{4}$
По свойству биссектрисы $\frac{SI}{IH} = \frac{SM}{MH}$ то есть
$\frac{( 3r + x ) ^2}{r ^2} = $\frac{( 4r + x ) ( 18r + 3x )}{( 4r + x ) ( 2r - x )}$ = сильно ( 3r + x ) ^2 ( 2r - x ) = r ^2 ( 18r + 3x ) = сильно$
$ = сильно 18r ^3 + 12r ^2 x + 2rx ^2 - 9r ^2 x - 6rx ^2 - x ^3 = 18r ^3 + 3r ^2 x = сильно x ^3 + 4x ^2 r = 0 = сильно \left[ \begin{array}{l} x = 0, x = - 4r. \end{array} \right.$ $\frac{( 3r + x ) ^2}{r ^2} = $\frac{( 4r + x ) ( 18r + 3x )}{( 4r + x ) ( 2r - x )}$ = сильно ( 3r + x ) ^2 ( 2r - x ) = r ^2 ( 18r + 3x ) = сильно$
$ = сильно 18r ^3 + 12r ^2 x + 2rx ^2 - 9r ^2 x - 6rx ^2 - x ^3 = 18r ^3 + 3r ^2 x = сильно$
$ = сильно x ^3 + 4x ^2 r = 0 = сильно \left[ \begin{array}{l} x = 0, x = - 4r. \end{array} \right.$ $\frac{( 3r + x ) ^2}{r ^2} = $\frac{( 4r + x ) ( 18r + 3x )}{( 4r + x ) ( 2r - x )}$ = сильно$
$ = сильно ( 3r + x ) ^2 ( 2r - x ) = r ^2 ( 18r + 3x ) = сильно$
$ = сильно 18r ^3 + 12r ^2 x + 2rx ^2 - 9r ^2 x - 6rx ^2 - x ^3 = 18r ^3 + 3r ^2 x = сильно$
$ = сильно x ^3 + 4x ^2 r = 0 = сильно \left[ \begin{array}{l} x = 0, x = - 4r. \end{array} \right.$
Случай x = –4r невозможен, иначе SH = 0. Следовательно, x = 0, то есть точки I и O совпадают, а потому тетраэдр является правильным.
б) Отрезок ML — биссектриса в треугольнике SMC, но SM = MC, поскольку тетраэдр SABC — правильный, поэтому SL = LC. Тогда объем пирамиды ABLC вдвое меньше объема тетраэдра SABC. Пусть AB = a, тогда
$CM = \frac{a $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2}$
$ML = $\sqrt{аргумента: BL ^2 - BM ^2}$ аргумента = \sqrt{аргумента: $\frac{3}{4}$ a ^2 - $\frac{a ^2}{4}$} аргумента = \frac{a $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента}{2}$
Теперь можно выразить площади:
$S_ABL = $\frac{1}{2}$ \cdot ML \cdot AB = \frac{a ^2 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента}{4}$
$S_ALC = S_BLC = $\frac{1}{2}$ S_ABC = \frac{a ^2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{8}$
$S_ABLC = \frac{a ^2 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента}{4} + 2 \cdot \frac{a ^2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{4} = $\frac{a ^2}{4}$ \cdot ( $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента + 2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента )$
где SABLC — площадь полной поверхности пирамиды ABLC. Ее объем равен
$V_ABLC = $\frac{1}{2}$ V_SABC = $\frac{1}{2}$ \cdot $\frac{1}{3}$ \cdot \sqrt{аргумента: a ^2 - $\frac{a ^2}{3}$} аргумента \cdot \frac{a ^2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{4} = \frac{a ^3 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента}{24}$
Тогда $V_ABLC = $\frac{1}{3}$ \cdot S_ABLC \cdot r$ где r — искомый радиус. Наконец,
$r = \frac{a ^3 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента}{8} : ( $\frac{a ^2}{4}$ \cdot ( $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента + 2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента ) = \frac{a}{2 \cdot ( 1 + $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента )}$
Однако $a = $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента + 1$ значит, $r = \frac{1}{2}$
Ответ: б) $\frac{1}{2}$
$CH ^2 = CO ^2 - OH ^2 = ( 3r ) ^2 - ( r + x ) ^2 = ( 4r + x ) ( 2r - x )$
откуда
$MH = $\frac{CH}{2}$ = \sqrt{аргумента: $\frac{( 4r + x ) ( 2r - x )}{4}$} аргумента$
$SM ^2 = SH ^2 + HM ^2 = ( 4r + x ) ^2 + $\frac{( 4r + x ) ( 2r - x )}{4}$ = \frac{( 4r + x ) ( 18r + 3x )}{4}$ $SM ^2 = SH ^2 + HM ^2 =$
$= ( 4r + x ) ^2 + $\frac{( 4r + x ) ( 2r - x )}{4}$ = \frac{( 4r + x ) ( 18r + 3x )}{4}$
По свойству биссектрисы $\frac{SI}{IH} = \frac{SM}{MH}$ то есть
$\frac{( 3r + x ) ^2}{r ^2} = $\frac{( 4r + x ) ( 18r + 3x )}{( 4r + x ) ( 2r - x )}$ = сильно ( 3r + x ) ^2 ( 2r - x ) = r ^2 ( 18r + 3x ) = сильно$
$ = сильно 18r ^3 + 12r ^2 x + 2rx ^2 - 9r ^2 x - 6rx ^2 - x ^3 = 18r ^3 + 3r ^2 x = сильно x ^3 + 4x ^2 r = 0 = сильно \left[ \begin{array}{l} x = 0, x = - 4r. \end{array} \right.$ $\frac{( 3r + x ) ^2}{r ^2} = $\frac{( 4r + x ) ( 18r + 3x )}{( 4r + x ) ( 2r - x )}$ = сильно ( 3r + x ) ^2 ( 2r - x ) = r ^2 ( 18r + 3x ) = сильно$
$ = сильно 18r ^3 + 12r ^2 x + 2rx ^2 - 9r ^2 x - 6rx ^2 - x ^3 = 18r ^3 + 3r ^2 x = сильно$
$ = сильно x ^3 + 4x ^2 r = 0 = сильно \left[ \begin{array}{l} x = 0, x = - 4r. \end{array} \right.$ $\frac{( 3r + x ) ^2}{r ^2} = $\frac{( 4r + x ) ( 18r + 3x )}{( 4r + x ) ( 2r - x )}$ = сильно$
$ = сильно ( 3r + x ) ^2 ( 2r - x ) = r ^2 ( 18r + 3x ) = сильно$
$ = сильно 18r ^3 + 12r ^2 x + 2rx ^2 - 9r ^2 x - 6rx ^2 - x ^3 = 18r ^3 + 3r ^2 x = сильно$
$ = сильно x ^3 + 4x ^2 r = 0 = сильно \left[ \begin{array}{l} x = 0, x = - 4r. \end{array} \right.$
Случай x = –4r невозможен, иначе SH = 0. Следовательно, x = 0, то есть точки I и O совпадают, а потому тетраэдр является правильным.
б) Отрезок ML — биссектриса в треугольнике SMC, но SM = MC, поскольку тетраэдр SABC — правильный, поэтому SL = LC. Тогда объем пирамиды ABLC вдвое меньше объема тетраэдра SABC. Пусть AB = a, тогда
$CM = \frac{a $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{2}$
$ML = $\sqrt{аргумента: BL ^2 - BM ^2}$ аргумента = \sqrt{аргумента: $\frac{3}{4}$ a ^2 - $\frac{a ^2}{4}$} аргумента = \frac{a $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента}{2}$
Теперь можно выразить площади:
$S_ABL = $\frac{1}{2}$ \cdot ML \cdot AB = \frac{a ^2 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента}{4}$
$S_ALC = S_BLC = $\frac{1}{2}$ S_ABC = \frac{a ^2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{8}$
$S_ABLC = \frac{a ^2 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента}{4} + 2 \cdot \frac{a ^2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{4} = $\frac{a ^2}{4}$ \cdot ( $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента + 2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента )$
где SABLC — площадь полной поверхности пирамиды ABLC. Ее объем равен
$V_ABLC = $\frac{1}{2}$ V_SABC = $\frac{1}{2}$ \cdot $\frac{1}{3}$ \cdot \sqrt{аргумента: a ^2 - $\frac{a ^2}{3}$} аргумента \cdot \frac{a ^2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента}{4} = \frac{a ^3 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента}{24}$
Тогда $V_ABLC = $\frac{1}{3}$ \cdot S_ABLC \cdot r$ где r — искомый радиус. Наконец,
$r = \frac{a ^3 $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента}{8} : ( $\frac{a ^2}{4}$ \cdot ( $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента + 2 $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента ) = \frac{a}{2 \cdot ( 1 + $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента )}$
Однако $a = $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента + 1$ значит, $r = \frac{1}{2}$
Ответ: б) $\frac{1}{2}$
Правильный ответ:
б) $дробь: числитель: 1, знаменатель: 2 конец дроби$
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 66816 • Задание №10
Боковое ребро правильной четырехугольной пирамиды SABCD (S — вершина, BD — диагональ основания) образует уго...
ID 71872 • Задание №19
Бесконечная арифметическая прогрессия $a_1,a_2,...,a_n$ состоит из различных натуральных чисел. Пусть $S_1=a$ ...
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...