В правильной треугольной пирамиде боковое ребро, равное b, наклонено к основанию под углом a. Через вершину пирамиды параллельно стороне основания проведено сечение, наклоненное к плоскости основания под углом B. Определить площадь сечения.

Исходя из геометрии задачи и рисунка 4 в приложении, найдем высоту данной пирамиды:

sina=frac{h}{b}

h=bsina

Так как в основании пирамиды лежит правильный треугольник, найдем радиус его основания, как показано на рисунке 3 в приложении:

tga=frac{h}{R}

R=frac{h}{tga}=frac{bsina}{tga}=bcosa

Так как треугольник основания правильный, найдем величину радиуса, как показано на рисунке 3, углы при основании прямоугольных треугольника будут равны, тогда длина стороны данного треугольника будет равна:

cos30=frac{frac{v}{2}}{R}=frac{v}{2R}

v=2Rcos30=Rsqrt3=bsqrt3cosa

Так как у правильной пирамиды ребра равны, найдем величину апофемы w, исходя из прямоугольного треугольника бокой грани:

w=sqrt{b^2-(frac{v}{2})^2}=sqrt{b^2-frac{v^2}{4}}=sqrt{b^2-frac{3b^2cos^a}{4}}=frac{b}{2}sqrt{4-3cos^2a}

Так как проведенное сечение образует еще одну правильную пирамиду, с правильным треугольником в основании, как показано на рисунке 3, но полученная призма является наклонной, и высоты обеих призм совпадают, тогда можем найти высоту проведенную в сечении (обозначенную буквой g) исходя из рисунка 4:

sinB=frac{h}{g}

g=frac{h}{sinB}=frac{bsina}{sinB}

Тогда используя теорему синусов найдем угол G в том же треугольнике:

frac{g}{sinG}=frac{w}{sinB}

sinG=frac{gsinB}{w}=frac{frac{bsina}{sinB}sinB}{w}=frac{bsina}{w}

Тогда зная углы G и B найдем величину угла T:

T=180-G-B

Угол B задан в условии а угол G будет равен:

G=arcsin(frac{bsina}{w})=arcsin(frac{bsina}{frac{b}{2}sqrt{4-3cos^2a}})=arcsin(frac{2sina}{sqrt{4-3cos^2a}})

Тогда угол T будет равен:

T=180-B-arcsin(frac{2sina}{sqrt{4-3cos^2a}})

Тогда исходя из теоремы синусов найдем длину стороны z:

frac{z}{sinT}=frac{g}{sinG}

z=frac{gsinT}{sinG}=frac{gsinT}{frac{gsinB}{w}}=frac{wsinT}{sinB}

Как показано на рисунке 3 величина z характеризует разность высот обоих треугольников, тогда получаем:

h_2=h_1-z где h_2 высота меньшего треугольника, а h_1 высота большего треугольника.

Так как треугольники правильные, высота будет вычисляться по формуле:

h=frac{sqrt{3}}{2}a

Получаем:

h_2=frac{sqrt{3}}{2}v-z=frac{sqrt{3}}{2}v-frac{wsinT}{sinB}

т.к:

h_2=frac{sqrt{3}}{2}y

Получаем:

y=frac{2(frac{frac{sqrt{3}}{2}}v-z)}{sqrt{3}}=2(frac{frac{sqrt{3}}{2}v-frac{wsinT}{sinB}}{sqrt{3}})

Так как сечение состит из двух прямоугльных треугольников как показано на рисунке 2, тогда его площадь будет равна:

S=frac{gy}{2}+frac{gy}{2}=gy

Получаем:

S=gy=frac{bsina}{sinB}*(2(frac{frac{sqrt{3}}{2}v-frac{wsinT}{sinB}}{sqrt{3}}))=

=frac{bsina}{sinB}*(2(frac{frac{sqrt{3}}{2}bsqrt3cosa-frac{wsin(180-B-arcsin(frac{2sina}{sqrt{4-3cos^2a}}))}{sinB}}{sqrt{3}}))=

=frac{2}{sqrt{3}}*frac{bsina}{sin^2B}*(frac{3}{2}bcosasinB-wsin(180-B-arcsin(frac{2sina}{sqrt{4-3cos^2a}}))

Ответ:

S=frac{2}{sqrt{3}}*frac{bsina}{sin^2B}*(frac{3}{2}bcosasinB-wsin(180-B-arcsin(frac{2sina}{sqrt{4-3cos^2a}}))

Оцени ответ
Подпишись на наш канал в телеграм. Там мы даём ещё больше полезной информации для школьников!

Загрузить картинку