Задание
Развернуть задание
Около сферы радиуса R описана правильная четырёхугольная пирамида, плоский угол при вершине которой равен α.
а) Найдите площадь боковой поверхности пирамиды
б) Вычислите эту площадь при R = 5 см, α = 600.
а) Найдите площадь боковой поверхности пирамиды
б) Вычислите эту площадь при R = 5 см, α = 600.
Развернуть задание
Новое решение
Решение
а) Проведём через точку О MN||AD, также проведём отрезки PM и PN. PN⊥DC, PM⊥AB (по т. о трех перпендикулярах). Центр сферы будет в точке пересечения биссектрис двугранных углов при основании. Но также центр сферы, вписанной в правильную пирамиду, лежит на высоте пирамиды. Значит, SN – биссектриса угла PNO. А угол PNO – линейный угол двугранного угла при основании пирамиды.
Пусть AD = a, PN = x
tg(α/2) = a/2x, откуда х = a/(2* tg(α/2) )
Пусть угол PKO = γ, 0 < γ < 900
Рассмотрим ∆PON: cosγ = ON/PN = a/2x = a/2 : a/(2* tg(α/2) ) = tg(α/2)
sinγ = sqrt(1 – cosγ^2) (используем основное тригонометрическое тождество)
sinγ = sqrt(1- tg(α/2)^2)
Рассмотрим ∆SON: tg(γ/2) = SO/ON = 2R/a
2R/a = sinγ / (1+cosγ) = sqrt(1- tg(α/2)^2) / (1+ tg(α/2)), отсюда a = 2*R*(1+ tg(α/2))/ sqrt(1- tg(α/2)^2)
x = 2*R*(1+ tg(α/2))/ sqrt(1- tg(α/2)^2) * 1/2* tg(α/2) = R*(1+ tg(α/2)) / tg(α/2)* sqrt(1- tg(α/2)^2)
S_∆DCP = ½*a*x = ½ * 2*R*(1+ tg(α/2))/ sqrt(1- tg(α/2)^2) * R*(1+ tg(α/2)) / tg(α/2)* sqrt(1- tg(α/2)^2) = R^2*(1+ tg(α/2)) / tg(α/2)* (1- tg(α/2))
S_бок = 4* S_∆DCP = 4* R^2*(1+ tg(α/2)) / tg(α/2)* (1- tg(α/2)) = 4* R^2 / tg(α/2) * (cos(α/2) + sin(α/2) ) / (cos(α/2) - sin(α/2))
cosα = (cos(α/2))^2 – (sin(α/2))^2 = (cos(α/2) + sin(α/2) ) *(cos(α/2) - sin(α/2)), отсюда
cos(α/2) + sin(α/2) = cosα / (cos(α/2) - sin(α/2))
Итак, S_бок = 4* R^2 / tg(α/2) * cosα / ((cos(α/2))^2 – (sin(α/2))^2 – 2*cos(α/2)*sin(α/2)) = 4* R^2 / tg(α/2) * cosα /(1 – sinα)
б) При R = 5 и α = 600:
S_бок = 4* R^2 / tg(α/2) * cosα /(1 – sinα) = 100/(1/sqrt(3)) * ½ / (1 – sqrt(3)/2) = 100*sqrt(3)*(2 + sqrt(3)) (см^2)
Ответ: а) S_бок = 4* R^2 / tg(α/2) * cosα /(1 – sinα); б) 100*sqrt(3)*(2 + sqrt(3)) (см^2)
Пусть AD = a, PN = x
tg(α/2) = a/2x, откуда х = a/(2* tg(α/2) )
Пусть угол PKO = γ, 0 < γ < 900
Рассмотрим ∆PON: cosγ = ON/PN = a/2x = a/2 : a/(2* tg(α/2) ) = tg(α/2)
sinγ = sqrt(1 – cosγ^2) (используем основное тригонометрическое тождество)
sinγ = sqrt(1- tg(α/2)^2)
Рассмотрим ∆SON: tg(γ/2) = SO/ON = 2R/a
2R/a = sinγ / (1+cosγ) = sqrt(1- tg(α/2)^2) / (1+ tg(α/2)), отсюда a = 2*R*(1+ tg(α/2))/ sqrt(1- tg(α/2)^2)
x = 2*R*(1+ tg(α/2))/ sqrt(1- tg(α/2)^2) * 1/2* tg(α/2) = R*(1+ tg(α/2)) / tg(α/2)* sqrt(1- tg(α/2)^2)
S_∆DCP = ½*a*x = ½ * 2*R*(1+ tg(α/2))/ sqrt(1- tg(α/2)^2) * R*(1+ tg(α/2)) / tg(α/2)* sqrt(1- tg(α/2)^2) = R^2*(1+ tg(α/2)) / tg(α/2)* (1- tg(α/2))
S_бок = 4* S_∆DCP = 4* R^2*(1+ tg(α/2)) / tg(α/2)* (1- tg(α/2)) = 4* R^2 / tg(α/2) * (cos(α/2) + sin(α/2) ) / (cos(α/2) - sin(α/2))
cosα = (cos(α/2))^2 – (sin(α/2))^2 = (cos(α/2) + sin(α/2) ) *(cos(α/2) - sin(α/2)), отсюда
cos(α/2) + sin(α/2) = cosα / (cos(α/2) - sin(α/2))
Итак, S_бок = 4* R^2 / tg(α/2) * cosα / ((cos(α/2))^2 – (sin(α/2))^2 – 2*cos(α/2)*sin(α/2)) = 4* R^2 / tg(α/2) * cosα /(1 – sinα)
б) При R = 5 и α = 600:
S_бок = 4* R^2 / tg(α/2) * cosα /(1 – sinα) = 100/(1/sqrt(3)) * ½ / (1 – sqrt(3)/2) = 100*sqrt(3)*(2 + sqrt(3)) (см^2)
Ответ: а) S_бок = 4* R^2 / tg(α/2) * cosα /(1 – sinα); б) 100*sqrt(3)*(2 + sqrt(3)) (см^2)
а) Проведём через точку О MN||AD, также проведём отрезки PM и PN. PN⊥DC, PM⊥AB (по т. о трех перпендикулярах). Центр сферы будет в точке пересечения биссектрис двугранных углов при основании. Но также центр сферы, вписанной в правильную пирамиду, лежит на высоте пирамиды. Значит, SN – биссектриса угла PNO. А угол PNO – линейный угол двугранного угла при основании пирамиды.
Пусть AD = a, PN = x
tg(α/2) = a/2x, откуда х = a/(2* tg(α/2) )
Пусть угол PKO = γ, 0 < γ < 900
Рассмотрим ∆PON: cosγ = ON/PN = a/2x = a/2 : a/(2* tg(α/2) ) = tg(α/2)
sinγ = sqrt(1 – cosγ^2) (используем основное тригонометрическое тождество)
sinγ = sqrt(1- tg(α/2)^2)
Рассмотрим ∆SON: tg(γ/2) = SO/ON = 2R/a
2R/a = sinγ / (1+cosγ) = sqrt(1- tg(α/2)^2) / (1+ tg(α/2)), отсюда a = 2*R*(1+ tg(α/2))/ sqrt(1- tg(α/2)^2)
x = 2*R*(1+ tg(α/2))/ sqrt(1- tg(α/2)^2) * 1/2* tg(α/2) = R*(1+ tg(α/2)) / tg(α/2)* sqrt(1- tg(α/2)^2)
S_∆DCP = ½*a*x = ½ * 2*R*(1+ tg(α/2))/ sqrt(1- tg(α/2)^2) * R*(1+ tg(α/2)) / tg(α/2)* sqrt(1- tg(α/2)^2) = R^2*(1+ tg(α/2)) / tg(α/2)* (1- tg(α/2))
S_бок = 4* S_∆DCP = 4* R^2*(1+ tg(α/2)) / tg(α/2)* (1- tg(α/2)) = 4* R^2 / tg(α/2) * (cos(α/2) + sin(α/2) ) / (cos(α/2) - sin(α/2))
cosα = (cos(α/2))^2 – (sin(α/2))^2 = (cos(α/2) + sin(α/2) ) *(cos(α/2) - sin(α/2)), отсюда
cos(α/2) + sin(α/2) = cosα / (cos(α/2) - sin(α/2))
Итак, S_бок = 4* R^2 / tg(α/2) * cosα / ((cos(α/2))^2 – (sin(α/2))^2 – 2*cos(α/2)*sin(α/2)) = 4* R^2 / tg(α/2) * cosα /(1 – sinα)
б) При R = 5 и α = 600:
S_бок = 4* R^2 / tg(α/2) * cosα /(1 – sinα) = 100/(1/sqrt(3)) * ½ / (1 – sqrt(3)/2) = 100*sqrt(3)*(2 + sqrt(3)) (см^2)
Ответ: а) S_бок = 4* R^2 / tg(α/2) * cosα /(1 – sinα); б) 100*sqrt(3)*(2 + sqrt(3)) (см^2)
Пусть AD = a, PN = x
tg(α/2) = a/2x, откуда х = a/(2* tg(α/2) )
Пусть угол PKO = γ, 0 < γ < 900
Рассмотрим ∆PON: cosγ = ON/PN = a/2x = a/2 : a/(2* tg(α/2) ) = tg(α/2)
sinγ = sqrt(1 – cosγ^2) (используем основное тригонометрическое тождество)
sinγ = sqrt(1- tg(α/2)^2)
Рассмотрим ∆SON: tg(γ/2) = SO/ON = 2R/a
2R/a = sinγ / (1+cosγ) = sqrt(1- tg(α/2)^2) / (1+ tg(α/2)), отсюда a = 2*R*(1+ tg(α/2))/ sqrt(1- tg(α/2)^2)
x = 2*R*(1+ tg(α/2))/ sqrt(1- tg(α/2)^2) * 1/2* tg(α/2) = R*(1+ tg(α/2)) / tg(α/2)* sqrt(1- tg(α/2)^2)
S_∆DCP = ½*a*x = ½ * 2*R*(1+ tg(α/2))/ sqrt(1- tg(α/2)^2) * R*(1+ tg(α/2)) / tg(α/2)* sqrt(1- tg(α/2)^2) = R^2*(1+ tg(α/2)) / tg(α/2)* (1- tg(α/2))
S_бок = 4* S_∆DCP = 4* R^2*(1+ tg(α/2)) / tg(α/2)* (1- tg(α/2)) = 4* R^2 / tg(α/2) * (cos(α/2) + sin(α/2) ) / (cos(α/2) - sin(α/2))
cosα = (cos(α/2))^2 – (sin(α/2))^2 = (cos(α/2) + sin(α/2) ) *(cos(α/2) - sin(α/2)), отсюда
cos(α/2) + sin(α/2) = cosα / (cos(α/2) - sin(α/2))
Итак, S_бок = 4* R^2 / tg(α/2) * cosα / ((cos(α/2))^2 – (sin(α/2))^2 – 2*cos(α/2)*sin(α/2)) = 4* R^2 / tg(α/2) * cosα /(1 – sinα)
б) При R = 5 и α = 600:
S_бок = 4* R^2 / tg(α/2) * cosα /(1 – sinα) = 100/(1/sqrt(3)) * ½ / (1 – sqrt(3)/2) = 100*sqrt(3)*(2 + sqrt(3)) (см^2)
Ответ: а) S_бок = 4* R^2 / tg(α/2) * cosα /(1 – sinα); б) 100*sqrt(3)*(2 + sqrt(3)) (см^2)