Решая stereometрические задачи, важно уметить правильно определить взаимное расположение элементов возникших в них фигур. Многие ошибки, допускаемые при решении этих задач, связаны с изобравлением высоты парамиды (или призмы). Неверно расположение основание высоты относительно основания парамиды (или призмы), поступающий вследствие этого неправильно определят угол наклона бокового ребра к плоскости основания, ошибается при построении линейного угла двумя направного угла и т. д.
Цель предлагаемых ниже задачи и примеров — научить вас решать stereometрические задачи, избегая подобных ошибок. Для этого в начале статьи мы предлагаем три задачи со списком возможных ответов, из которых нужно выбрать правильный. Разумеется, здесь нельзя ограничиться угадыванием правильного ответа: его нужно обосновать. Разобраться с этим задачими, вы легкоойте решения следующих за ними примеров, взятых из практики вступительных экзаменов.
Задача 1. Какая точка плоскости ABC является основанием высоты парамиды SABC, если:
a) боковые ребра конгрузить;
b) боковые ребра образуют равные углы с плоскостью основания;
b) боковые грани образуют с плоскостью основания конгрузные углы;
г) плоские углы при вершине S прямы;
д) две пары противоположных ребер взаимно перепределить;
e) боковые ребра конгрузить между собой и ASB=ASC=60∘,BSC=90∘;
ж) ACB=90∘,(AC)⊥(BS);
з) SO=31(SA+SB+SC)?
Возможные ответы:
точка пересечения медиан треугольника ABC;
точка пересечения его высот;
центр окружности, описанной вокруг треугольника ABC;
центр окружности, описанной в треугольник ABC;
центр окружности, описанной в треугольник ABC, или одной из внешних *);
середина отрезка BC;
точка прямой BC.
Для решения задачи часто бывают существенно установить, принадлежит ли основание высоты парамиде или нахождение вне ее.
Задача 2. В парамиде SABC улы наклона боковых ребер к плоскости основания конгрузить между собой. При каком достающим условии основание высоты SO парамиде принадлежит треугольнику ABC?
Возможные ответы:
△ABC — равноведренный;
△ABC — равносторонний;
△ABC — прямойный или остроугольный;
△ABC — тупоугольный;
в каждом из этих случаях.
Задача 3. В основании парамиды SABCD лежит трапеция ABCD ([BC]||[AD], |BC|<|AD|). Боковые ребра парамиды конгрузить между собой. При какомdestающим условии основание высоты SO парамиде лежит вне трапеция ABCD?
Возможные ответы:
если ABD≤90∘;
если ABD>90∘;
если (BD,CA)≥90∘;
если (BA,CD)>90∘;
ни при каком.
*)Вневписанной окружности треугольника называется окружность, касающаяся одной из его сторон и продолженной двух других сторон.
41
Перейдем теперь к разбору двух примеров, характерных для вступительных экзаменов.
Пример 1 (КГУ, 1975). Боковые ребра треугольной парамиды имеют одинаковую длину l. Два плоских угла при вершине парамиды равны α, а третий — β. Найти объем парамиды.
Решение. Пусть SABC — данная парамида, ASB^=β, ASC^=BSC^=α. Из условия задачи находится:
(△ASC≅△BSC)⇒ ⇒([AC]≅[BC]);
основание O высоты SO находится в центре окружности, описанной вокруг треугольника ABC (задача 1). Возможны три случая (см. задачу 2):
a) ACB^<90∘ — основание высоты расположено внутри △ABC (рис. 1);
b) ACB^=90∘ — основание высоты
случит середина [AB] (рис. 2);
в) ACB^>90∘ — основание высоты лежит вне треугольника ABC (рис. 3).
Обозначим через D середину отрезка AB.
Заметание. Поскольку ASB^<ASC^+BSC, выполняется неравенство β<2α и подкренное выражение положительное. Впро-
42
чем, в задачах подобного рода исследование области определения выражения, полученного в ответе, не требуется.
Случай 6). Этот случай возможно тогда и только тогда, когда sin2β=2sin2α.
(2)
Действительно, если C^=90∘, ∣CD∣=∣AD∣=lsin2β; ∣CD∣=∣AC∣22=2lsin2α (рис. 2).
Отсюда sin2β=2sin2α. Наоборот, если sin2β=2sin2α, то ∣CD∣=l1−2cosα+cos22β=l2−2cosα−sin22β=2l1−cosα−sin22α=2lsin22α=2lsin2α.
Поэтому cosACD^=∣AC∣∣CD∣=22. Отсюда ACD^=45∘, C^=90∘. Если sin2β=2sin2α, то h=∣SD∣=lcos2β (рис. 2), V=3l2sin22β×lcos2β, V=6l3sinβsin2β.
Случай в). Положим x=∣OD∣ (рис. 3). Как в случае a), находим: x=l1−2cosα+cos22βcosα−cos22β; h=∣SO∣=l1−2cosα−cos22βcos22β−cos2α; V=31l3sin2βcos22β−cos2α.
Мы видим, что ответы в случае a) и b) совпадают, хотя получены они не одинаково. Более того, в случае 6) этот ответ тоже годится, что не трудно проверить (избавляясь от α в (1) с помощью соответствия (2), получаем (3)).
Ответ: V=3l3sin2βcos22β−cos2α.
Подчеркием, что решение, при котором разобран только случай a), не может считаться полным.
Пример 2. Основанием параметры SABC служит треугольник, у которого ∣AB∣=∣BC∣=20 см, ∣AC∣=32 см; улымежду плоскостью основания и каждой из боковых граней равны 45°. Найдите объем параметры.
Решение. Основанием высоты параметры служит точка, равно ленghена от прямых AB, AC, BC, то есть центр окружности, вписанной в △ABC, или одной из внешних (задача 16). Поэтому условию задачи удовлетворяют четыре параметры, основаниями высот которых служат точки O1, O2, O3, O4 (рис. 4). Для вычисления объема этих параметров достаточно определить высоты SO1, SO2, SO3, SO4, так как площадь основания равна S=S△ABC=192 см². Поскольку боковые грани наклонены к плоскости основания под углом 45°, высота параметра равна радиусу окружности, вписанной в △ABC, или одной из внешних, центр которой — основание высоты параметры.