Рисунок 4.205
Номер с объяснением

Дано:

правильная треугольная пирамида SABC.

R - середина ребра ВС.

S - вершина.

АВ = 7

SR = 16

Найти:

S поверхности - ?

V - ?

Решение:

Правильный многоугольник - многоугольник, у которого все углы и стороны равны.

Правильная пирамида - пирамида, у которой основание - правильный многоугольник, а отрезок, соединяющий вершину пирамиды с центром основания, является её высотой.

=> в основании этой правильной треугольной пирамиды лежит равносторонний △АВС.

Рассмотрим △АВС:

АВ = ВС = АС = 7, так как △АВС - равносторонний.

P△АВС = АВ + ВС + АС = 7 + 7 + 7 = 21

Так как △АВС - равносторонний => он ещё и равнобедренный.

BR = RC = 3,5, так как AR - медиана. (Также R - середина ВС, по условию)

Найдём высоту AR в △АВС, по теореме Пифагора:

с² = а² + b²

a = √c² - b²

a = √(7² - 3,5²) = √(49 - (7/2)²) = √(49 - 49/4) = √147/4 = √(147)/2 = 7√(3)/2

Итак, AR = 7√(3)/2

S осн = S △ (в основании)

S осн = S △АВС = 1/2ВС * AR = 1/2 * 7 * 7√(3)/2 = 49√(3)/4 ед.кв.

SR - высота боковой грани, так как SR - апофема.

Апофема - высота боковой грани правильной пирамиды, проведённая из её вершины.

S бок = 1/2Р * SR = 21/2 * 16 = 168 ед.кв.

S поверхности = S осн + S бок = 49√(3)/4 + 168 = 189,21762 ≈ 189 ед.кв.

Точка, на которую опущена высота SO, является серединой правильного треугольника (точка пересечения медиана).Эти медианы делятся в отношении 2:1, считая от вершины.

AR/3 - АО основания AR. (2/3)

=> AR/3 - OR основания AR (1/3)

=> OR = 1/3 * 7√(3)/2 = 7√(3)/6

Рассмотрим △SRO:

△ASO - прямоугольный, так как SO - высота.

Найдём высоту SO, по теореме Пифагора:

с² = а² + b²

a = √(c² - b²)

a = √(16² - (7√(3)/6)²) = √(256 - 49/12) = √(9069)/6

Итак SO = √(9069)/6

V = 1/3S осн * SO

V = 1/3 * 49√(3)/4 * √(9069)/6= 49√(3023)/24 ед.кб.

ответ: ≈ 189 ед.кв.; = 49√(3023)/24 ед.кб.

Основание параллелепипеда - квадрат, значит диагонали основания равны между собой  и равны Do=а√2.
Заметим, что малая диагональ сечения равна диагонали основания - как  противоположные стороны прямоугольника, то есть dc=а√2.
Значит сторона сечения тоже равна а√2 (так как острый угол ромба равен 60°, а это значит что треугольник, образованный сторонами ромба и его малой диагональю,  равносторонний).
Итак, b=а√2.
Найдем большую диагональ сечения (ромба). Половина этой диагонали находится по Пифагору:
Dc/2=√[b²-(d/2)²]=√[2a²-(2a²/4)]=√[2a²-(a²/2)]=√[(3a²/2)]=a√(3/2)=a√6/2.
Тогда Dс=a√6.
Найдем значение отрезка СС2 - расстояние, на котором плоскость сечения пересекает  ребро параллелепипеда СС1.
По Пифагору СС2=√(Dс²-Do²)=√(6a²-2a²)=2a.
Угол между двумя пересекающимися плоскостями - это двугранный угол, образованный  полуплоскостями и измеряется величиной его линейного угла, получаемого при  пересечении двугранного угла плоскостью, перпендикулярной его ребру (то есть  перпендикулярной к обеим плоскостям).
Тогда синус угла наклона плоскости сечения к плоскости основания (или угол между  ними) равен отношению СС2 к большой диагонали сечения Dс, то есть угол наклона  плоскости сечения к плоскости основания равен α=arcSin(2a/а√6) или α=arcSin (√6/3).
Углом между плоскостью и не перпендикулярной ей прямой называется угол между этой  прямой и ее проекцией на данную плоскость.
Тогда угол наклона бокового ребра АА1 параллепипеда к плоскости сечения равен 90°- α. Но Sin(90-α)=Сosα, а Cosα=√(1-6/9)=√3/3.
В силу параллельности всех боковых ребер параллелепипеда, они все наклонены к плоскости сечения под этим углом.
Итак, угол наклона бокового ребра параллелепипеда к плоскости сечения равен  arcCos(√3/3).
Расстояние от точки О до плоскости сечения равно ОН= АО*Sinα=(а√2/2)*(√6/3)=а√3/3.
Опустим перпендикуляр DD2 из точки D на плоскость сечения. Тогда DD2=OH=а√3/3.  АD2 - это проекция ребра АD на плоскость сечения.
Значит <D2AD - это угол между ребром АD и плоскостью сечения. 
Sin<(D2AD)=(DD2/AD)=(а√3/3)/a= √3/3.
В силу симметричности ребер АD и АВ относительно диагонали АС основания и в силу попарной параллельности ребер обоих оснований, они все наклонены к плоскости сечения под этим углом.
Итак, угол наклона ребер основания параллелепипеда к плоскости сечения равен  arcSin(√3/3).

ответ: угол наклона боковых ребер параллелепипеда к плоскости сечения равен
arcCos(√3/3).
угол наклона ребер основания параллелепипеда к плоскости сечения равен
arcSin(√3/3).