Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела сферы
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#72981

Основание H  высоты SH  треугольной пирамиды SABC  принадлежит грани ABC,

    ∘ -5-
SH =  21,SA =1,SB =2,∠ASB = 120∘,∠ACB = 60∘

Найти радиус сферы, описанной около пирамиды SABC.

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Давайте обозначим центр нашей сферы за O. Разумно будет опустить перпендикуляры OO₁ и OO₂ на плоскости (ABC) и (ASB) соответственно. Что тогда можно сказать про точки O₁ и O₂?

Подсказка 2

Правильно, это центры описанных окружностей треугольников △ABC и △ASB. Т.к. ∠AO₁B- центральный, то ∠AO₁B=2∠ACB=120°. Заметим, что △ASB- тупоугольный, а это значит, что O₂ лежит вне треугольника △ASB ⇒ ∠AO₂B=120°. Тогда равнобедренные треугольники △AO₂B и△ AO₁B равны. А что можно сказать про треугольники △OO₂M и △OO₁M, где M- середина AB?

Подсказка 3

Они равны! Т.к. OM, O₁M, O₂M ⊥ AB ⇒ O, O₁, O₂, M лежат в одной плоскости. Вот если бы мы знали уголок ∠O₂MO₁, мы бы легко нашли OO₁... Погодите, ведь ∠O₂MO₁ это просто больший из линейных углов двугранного угла между плоскостями (ABC) и (ASB)...

Подсказка 4

Итак, раз уж вы нашли этот уголок, то ∠OMO₁=∠O₂MO₁/2 ⇒ можем вычислить OO₁. Осталось лишь написать теорему Пифагора для треугольника △OBO₁ и найти OB=R!

Показать ответ и решение

PIC

По теореме косинусов из треугольника △ASB  находим, что

                               ∘ ----------------
AB = ∘SA2-+SB2-−-2SA-⋅SBcos120∘ =  1+ 4− 2 ⋅1 ⋅2 ⋅(− 1 )=√7.
                                              2

Пусть SD  - высота треугольника △ASB  . Тогда

       1         √7-
S△ASB = 2AB ⋅SD = 2 ⋅SD.

С другой стороны,

                             √ -  √-
S△ASB = 12AS ⋅BS sin120∘ = 12 ⋅1⋅2⋅-23=-32 .

Из уравнения √ -     √ -
-27⋅SD =-23  находим, что      ∘ --
SD =   37.  По теореме о трёх перпендикулярах HD ⊥ AB,  поэтому SDH  - линейный угол двугранного угла между плоскостями граней ASB  и ABC.  Обозначим ∠SDH = β.  Из прямоугольного треугольника △SDH  находим, что

          ∘ -5  √ -
sinβ = SH-=-∘21 =--5.
     SD      37   3

Тогда cosβ = 23.

PIC

Пусть O1  и O2  - проекции центра O  сферы, описанной около пирамиды ABCD  на плоскости граней ABC  и ASD  соответственно. Тогда O1  и O2  - центры описанных окружностей треугольников △ABC  и △ASB.  Тогда, если M  - середина ребра AB,  то O1M ⊥ AB  и O2M ⊥ AB.
Поскольку ∠ASB = 120∘ > 90∘,  центр O
 2  описанной окружности треугольника △ASB  и вершина S  лежат по разные стороны от прямой AB,  значит, центр O  сферы лежит внутри тупого двугранного угла, образованного плоскостями граней ASB  и ABC.
Рассмотрим сечение пирамиды плоскостью, проходящей через прямые O1O  и O2O.  Прямая AB  перпендикулярна этой плоскости, т.к. она перпендикулярна O2M ⊥ AB,  то точка M  также принадлежит этой плоскости. Заметим, что

                  ∘           ∘            ∘    ∘     ∘
∠AO1B = 2∠ACB = 120 ,∠AO2B = 360 − 2∠ASB =360 − 240 = 120,

поскольку центральный угол вдвое больше соответствующего вписанного. Из равнобедренных треугольников △AO1B  и △AO2B  находим, что

                   ∘  √7   1   √7-              ∘7-
O1M = O2M = AM cot60 = -2-⋅√3-= 2√3, BO1 = 2O1M = 3.

Прямоугольные треугольники △OMO1  и △OMO2  равны по гипотенузе и катету, поэтому ∠MOO1 = ∠MOO2,  а т.к. ∠O1OO2 = β,  то ∠MOO1  = β2.  Тогда

                √-  ∘ -------  √-  ┌││ ---2- √ --
OO1 =O1M cotβ = √7-⋅  1+-cosβ-= √7-⋅∘ 1+-32 =-√35.
            2   2 3   1− cosβ   2 3   1− 3  2  3

Пусть R  искомый радиус описанной сферы пирамиды ABCD.  Из прямоугольного треугольника △OO1B  находим, что

                    ┌│ (-√--)2--(∘--)2- √ --
R= OB = ∘OO2-+-BO2-=│∘   √35  +    7   =--21.
            1    1      2 3       3      2
Ответ:

 √21
  2

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!