В правильной четырёхугольной пирамиде SABCD через ребро AB провели плоскость α, образующую сечение ABMN, где точки M и N — точки пересечения плоскости α с боковыми рёбрами SC и SD соответственно. Известно, что AB=BM=AN=5MN.[NEWLINE] а) Докажите, что точки M и N делят рёбра SC и SD в отношении 1:4, считая от вершины S.[NEWLINE] б) Найдите косинус угла между плоскостью основания ABCD и плоскостью α.
[image:0:left] а) Так как \(SABCD\) это правильная четырёхугольная пирамида, то в основании — квадрат, а боковые грани — равнобедренные треугольники. Следовательно, \(SC=SD,\) \(AB||CD \rightarrow AB||(SDC)\) (по теореме о параллельности прямой и плоскости). [IMAGENEWLINE] А значит \(AB\) будет параллельна любой прямой в плоскости \((SDC) \rightarrow MN||CD.\) Следовательно, \(\triangle SMN \sim \triangle SCD\) (по двум соответственным углам или по теореме Фалеса, например).[IMAGENEWLINE] Запишем подобие для двух данных треугольников:[IMAGENEWLINE] Пусть \(MN=x,\) тогда \(AB=CD=5x:\)[IMAGENEWLINE] \(\frac{SM}{SC}=\frac{SN}{SD}=\frac{MN}{CD}=\frac{x}{5x}=\frac{1}{5}.\)[IMAGENEWLINE] [IMAGENEWLINE] Пусть \(SM=y \rightarrow SC=5y.\) Тогда \(CM=SC-SM=5y-y=4y \rightarrow \frac{SM}{CM}=\frac{1}{4}.\) Аналогично, \(\frac{SN}{DN}=\frac{1}{4},\) чтд.[IMAGENEWLINE] б) [image:1:left] Проведем угол между плоскостями по правилу построения двугранных углов. \(\angle EFG\) — искомый угол.[IMAGENEWLINE] [IMAGENEWLINE] Проведем \(SO\) как высоту пирамиды. \(SABCD\) — правильная пирамида, а значит \(SO\) — делит пополам \(FE \rightarrow FO=2,5x.\) [IMAGENEWLINE] Проведем \(GH||SO.\) Тогда искомым косинусом угла будет \(\cos\angle HFG=\frac{FH}{FG.}\)[IMAGENEWLINE] По теореме Фалеса, \(\frac{OH}{HE}=\frac{SG}{GE}=\frac{1}{4}.\) Так как \(OE=FO,\) то \(OH=0,5x \rightarrow FH=3x.\)[IMAGENEWLINE] [image:2:left]Теперь \(FG\) найдем, рассмотрев \(ANMB\) — равнобедренную трапецию (так как \(AB||MN\) и так как \(BM=AN \) по условию). \(FG\) — высота равнобедренной трапеции. Проведем \(NK=GF.\) Так как \(AB=5MN=5x,\) то \(AK=\frac{5x-x}{2}=2x.\)[IMAGENEWLINE] Тогда \(NK=\sqrt{25x^2-4x^2}=x\sqrt{21}.\)[IMAGENEWLINE] Тогда \(\cos\angle HFG=\frac{3x}{x\sqrt{21}}=\frac{3\sqrt{21}}{21}=\frac{\sqrt{21}}{7}.\)[IMAGENEWLINE] [BOLD]Ответ: [/BOLD]\(\cos\angle HFG=\frac{\sqrt{21}}{7}.\)
Задание 15, (№315 в банке заданий)
В правильной четырёхугольной пирамиде SABCD через ребро AB провели плоскость α, образующую сечение ABMN, где точки M и N — точки пересечения плоскости α с боковыми рёбрами SC и SD соответственно. Известно, что AB=BM=AN=5MN.
а) Докажите, что точки M и N делят рёбра SC и SD в отношении 1:4, считая от вершины S.
б) Найдите косинус угла между плоскостью основания ABCD и плоскостью α.

Решение:

Solution image 0
а) Так как SABCD это правильная четырёхугольная пирамида, то в основании — квадрат, а боковые грани — равнобедренные треугольники. Следовательно, SC=SD, AB||CD \rightarrow AB||(SDC) (по теореме о параллельности прямой и плоскости).
А значит AB будет параллельна любой прямой в плоскости (SDC) \rightarrow MN||CD. Следовательно, \triangle SMN \sim \triangle SCD (по двум соответственным углам или по теореме Фалеса, например).
Запишем подобие для двух данных треугольников:
Пусть MN=x, тогда AB=CD=5x:
\frac{SM}{SC}=\frac{SN}{SD}=\frac{MN}{CD}=\frac{x}{5x}=\frac{1}{5}.

Пусть SM=y \rightarrow SC=5y. Тогда CM=SC-SM=5y-y=4y \rightarrow \frac{SM}{CM}=\frac{1}{4}. Аналогично, \frac{SN}{DN}=\frac{1}{4}, чтд.
б)
Solution image 1
Проведем угол между плоскостями по правилу построения двугранных углов. \angle EFG — искомый угол.

Проведем SO как высоту пирамиды. SABCD — правильная пирамида, а значит SO — делит пополам FE \rightarrow FO=2,5x.
Проведем GH||SO. Тогда искомым косинусом угла будет \cos\angle HFG=\frac{FH}{FG.}
По теореме Фалеса, \frac{OH}{HE}=\frac{SG}{GE}=\frac{1}{4}. Так как OE=FO, то OH=0,5x \rightarrow FH=3x.
Solution image 2
Теперь FG найдем, рассмотрев ANMB — равнобедренную трапецию (так как AB||MN и так как BM=AN по условию). FG — высота равнобедренной трапеции. Проведем NK=GF. Так как AB=5MN=5x, то AK=\frac{5x-x}{2}=2x.
Тогда NK=\sqrt{25x^2-4x^2}=x\sqrt{21}.
Тогда \cos\angle HFG=\frac{3x}{x\sqrt{21}}=\frac{3\sqrt{21}}{21}=\frac{\sqrt{21}}{7}.
Ответ: \cos\angle HFG=\frac{\sqrt{21}}{7}.

Ответ:

Готовитесь к ЕГЭ по математике (профиль)?
Свежие варианты, разборы и лайфхаки каждый день

Вступить в Telegram-канал

Если в решении есть ошибка или у вас есть другое, более красивое решение, напишите сюда t.me/brunoxgod или по email: playmeek@gmail.com