На боковом ребре SA правильной треугольной пирамиды SABC взята точка D, через которую проведено сечение пирамиды, пересекающее апофемы граней SAC и SAB в точках M и N. Известно, что прямые DM и DN образуют углы β с плоскостью основания пирамиды, а величины углов DMS и DNS равны α, $( альфа меньше $\frac{\pi}{2}$ )$
а) Докажите, что секущая плоскость параллельна ребру ВС.
б) Найдите угол MDN, если $альфа = 30 ^{\circ}, бета = 45 ^{\circ}$
а) Докажите, что секущая плоскость параллельна ребру ВС.
б) Найдите угол MDN, если $альфа = 30 ^{\circ}, бета = 45 ^{\circ}$
💡 Пошаговый разбор и решение:
[рис.] а) Пусть SE — это апофема грани SAC, а SF — грани SAB, где E и F являются серединами AC и AB соответственно. Пусть M' и N' — точки пересечения DM и DN c AC и AB. Рассмотрим треугольники SDM и SDN, в них SD — общая сторона, углы DSM и DSN равны как половины плоского угла при вершине. Углы DMS и DNS равны α, следовательно, углы SDM и SDN равны и при этом SD — общая сторона. Таким образом, треугольники SDM и SDN равны.
Тогда SM = SN и ME = NF как отрезки равных апофем SE и SF. Значит, треугольники MEM' и NFN' равны как прямоугольные с равными катетами и острыми углами. Таким образом, EM' = FN' и, следовательно, AH' = AN'. Тогда треугольник AM'N' — = сторонний, прямые M'N' и BC параллельны, а значит, плоскость DNM пересекает плоскость ABC по прямой параллельной BC и, таким образом, параллельна ей.
б) Через точки M и N проведем плоскость, параллельную основанию пирамиды, и пусть она пересекает боковые ребра пирамиды в точках A', B' и C'. Обозначим A'M = A'N = MN = 2a, DD' = D'M = D'N = b. Найдем угол DMA':
$\angle DMA'=\angle SMA' - \angle SMD = 90 ^{\circ} - альфа =60 ^{\circ}$
По теореме \cos ов имеем:
[рис.]
$( A'D' ) ^2 = 4a ^2 + 2b ^2 - 2ab $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента$
тогда
$AD ^2 = ( A'D' ) ^2 - ( DD' ) ^2 =4a ^2 + b ^2 - 2ab $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента$
С другой стороны, $A'D'=A'H - O'H$ где H — середина MN.
Заметим, что $AH = a $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента$ а $D'H= $\sqrt{аргумента: b ^2 - a ^2}$ аргумента$ откуда получаем уравнение
$4a ^2 + b ^2 - 2ab $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента = ( a $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента - $\sqrt{аргумента: b ^2 - a ^2}$ аргумента ) ^2 = сильно b ^2 - 2ab $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента - 4a ^2 =0$
Решая это уравнение относительно $\frac{b}{a}$ получаем, что $\frac{b}{a} = $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента - $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента$ то есть $b=a ( $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента - $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента )$ Таким образом, $DM=DN=2a ( $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента - 1 )$ Тогда :
$\sin \angle MDH = $\frac{HM}{DM}$ = \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента + 1}{4}$
$\angle MDH = \arcsin \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента + 1}{4}$
$\angle MDN = 2\angle MDH = 2 \arcsin \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента + 1}{4}$
Ответ: б) $2 \arcsin \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента + 1}{4}$
Тогда SM = SN и ME = NF как отрезки равных апофем SE и SF. Значит, треугольники MEM' и NFN' равны как прямоугольные с равными катетами и острыми углами. Таким образом, EM' = FN' и, следовательно, AH' = AN'. Тогда треугольник AM'N' — = сторонний, прямые M'N' и BC параллельны, а значит, плоскость DNM пересекает плоскость ABC по прямой параллельной BC и, таким образом, параллельна ей.
б) Через точки M и N проведем плоскость, параллельную основанию пирамиды, и пусть она пересекает боковые ребра пирамиды в точках A', B' и C'. Обозначим A'M = A'N = MN = 2a, DD' = D'M = D'N = b. Найдем угол DMA':
$\angle DMA'=\angle SMA' - \angle SMD = 90 ^{\circ} - альфа =60 ^{\circ}$
По теореме \cos ов имеем:
[рис.]
$( A'D' ) ^2 = 4a ^2 + 2b ^2 - 2ab $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента$
тогда
$AD ^2 = ( A'D' ) ^2 - ( DD' ) ^2 =4a ^2 + b ^2 - 2ab $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента$
С другой стороны, $A'D'=A'H - O'H$ где H — середина MN.
Заметим, что $AH = a $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента$ а $D'H= $\sqrt{аргумента: b ^2 - a ^2}$ аргумента$ откуда получаем уравнение
$4a ^2 + b ^2 - 2ab $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента = ( a $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента - $\sqrt{аргумента: b ^2 - a ^2}$ аргумента ) ^2 = сильно b ^2 - 2ab $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента - 4a ^2 =0$
Решая это уравнение относительно $\frac{b}{a}$ получаем, что $\frac{b}{a} = $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента - $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента$ то есть $b=a ( $\sqrt{аргумента: 6}$ аргумента - $\sqrt{аргумента: 2}$ аргумента )$ Таким образом, $DM=DN=2a ( $\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента - 1 )$ Тогда :
$\sin \angle MDH = $\frac{HM}{DM}$ = \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента + 1}{4}$
$\angle MDH = \arcsin \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента + 1}{4}$
$\angle MDN = 2\angle MDH = 2 \arcsin \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента + 1}{4}$
Ответ: б) $2 \arcsin \frac{$\sqrt{аргумента: 3}$ аргумента + 1}{4}$
Правильный ответ:
б) $2 арксинус дробь: числитель: корень из: начало аргумента: 3 конец аргумента плюс 1, знаменатель: 4 конец дроби$
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 68895 • Задание №15
Решите неравенство: $логарифм по основанию левая круглая скобка 3 x плюс 7 правая круглая скобка левая круглая...
ID 64971 • Задание №3
[рис.] Площадь боковой поверхности конуса в два раза больше площади основания. Найдите угол между образующей к...
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Обоснованно получены верные ответы в пунктах а) и б) | 2
Выполнен только один из пунктов — а) или б) | 1
Решение не соответствует ни одному из критериев, приведённых выше | 0
Максимальный балл | 2
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы
Обоснованно получены верные ответы в пунктах а) и б) | 2
Выполнен только один из пунктов — а) или б) | 1
Решение не соответствует ни одному из критериев, приведённых выше | 0
Максимальный балл | 2
🔗 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...