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

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#67591

Дана треугольная пирамида SABC,  медианы AA ,BB
  1   1  и CC
   1  треугольника ABC  пересекаются в точке M.  Сфера Ω  касается ребра AS  в точке L  и касается плоскости основания пирамиды в точке K,  лежащей на отрезке AM.  Сфера Ω  пересекает отрезок SM  в точках P  и Q.  Известно, что SP = MQ,  площадь треугольника ABC  равна 90,SA= BC = 12.

а) Найдите произведение длин медиан AA1,BB1  и CC1.

б) Найдите двугранный угол при ребре BC  пирамиды, если дополнительно известно, что Ω  касается грани BCS  в точке N,SN = 4,  а радиус сферы Ω  равен 5.

Источники: Физтех-2023, 11.7 (см. olymp-online.mipt.ru)

Подсказки к задаче

Пункт а), подсказка 1

Давайте просто начнём хоть что-нибудь делать в задаче и в дальнейшем посмотрим, что из этого получится. У нас есть касание со сферой и секущая. Какой тогда факт связанный со сферой можно сразу заметить?

Пункт а), подсказка 2

Верно, можем записать два выражения по теореме о касательной и секущей. Какую тогда пару равенств отрезков мы получаем?

Пункт а), подсказка 3

Точно, тогда у нас равны произведения в соотношениях, откуда равны SL и MK, а также AM и SA. Но мы знаем, что SA=12 и BC=12. Давайте не будем забывать, что у нас проведены медианы в основании треугольника. Какие тогда ещё отрезки можно найти и какой сделать вывод про треугольник BMC?

Пункт а), подсказка 4

Верно, MA₁=6 по свойству точки пересечения медиан. Но тогда MA₁=BA₁=CA₁=6, и треугольник BMC прямоугольный. Далее, зная площадь треугольника ABC, найти произведение двух оставшихся медиан несложно, так как катеты и будут частями исходных медиан.

Пункт б), подсказка 1

Раз нам нужен двухгранный угол, нужно его сначала построить. Из какой тогда точки удобнее всего опустить перпендикуляр на ребро BC для достижения цели?

Пункт б), подсказка 2

Верно, опустим перпендикуляр KH из точки K. Но тогда, применяя несколько раз теорему о трёх перпендикулярах, получаем, что NH ⊥ BC. Значит нам нужно искать ∠NHK. Но из-за равенства двух прямоугольных треугольников, ∠NHK = 2∠OHK, где O — центр сферы. Чтобы найти угол, скорее всего, надо будет найти сторону прямоугольного треугольника. Но её мы пока не знаем... Какой дополнительное построение тогда можно сделать, где нам что-то известно?

Пункт б), подсказка 3

Верно, давайте проведём ещё высоту в треугольнике BMC, которую мы можем найти. А также у нас два треугольника подобны. Осталось только до конца воспользоваться равенством касательных к сфере, после чего найти неизвестный катет, и, следовательно, двухгранный угол.

Показать ответ и решение

а)

PIC

Поскольку SL  — касательная к сфере Ω,  а SP  и SQ  — секущие к ней, то по теореме о касательной и секущей

  2
SL = SP ⋅SQ

Аналогично,

   2
MK  = MP ⋅MQ

А поскольку MQ  = SP,  то

SP ⋅SQ = MP ⋅MQ

В итоге получаем

SL2 =SP ⋅SQ =MP  ⋅MQ = MK2 ⇒ SL =MK

Так как AL = AK  как касательные к сфере Ω,  проведённые из точки A,  то

AM = AK +MK  = AL+ SL =SA = 12

А поскольку медианы треугольника точкой пересечения делятся в отношении 2 :1  считая от вершины, то

     3
AA1 = 2AM = 18

Кроме того,

A1M  = AM = 6
        2

При этом

A1B =A1C = BC-= 6,
            2

то есть

A1M = A1B = A1C

Отсюда △BMC  прямоугольный и ∠BMC  =90∘.  Далее имеем

SBMC = SABC-= 1 ⋅BM  ⋅CM = 1⋅ 2BB1-⋅ 2CC1-⇒ BB1 ⋅CC1 = 3SABC =135
         3    2           2   3     3              2

Значит,

AA1 ⋅BB1 ⋅CC1 =18⋅135= 2430

б)

PIC

Пусть G  и H  — проекции точек M  и K  на прямую BC  соответственно. Заметим, что NH  ⊥BC,  потому что N  и K  — точки касания сферы Ω  со сторонами двугранного угла пирамиды при ребре BC.  Поэтому искомый угол равен

∠NHK  = 2∠OHK,

где O  — центр сферы Ω.

Далее имеем

       SABC-  1                2SABC-
SBMC =   3  = 2 ⋅BC ⋅MG ⇒ MG =  3BC   =5

Так как SL =SN = 4  как касательные к Ω,  то

AK = AL =SA − SL= 8

Отсюда получаем

A1K =AA1 − AK = 10

Из подобия △A1MG  и △A1KH  имеем

KH = MG ⋅ A1K = 25
         A1M    3

Окончательно,

tg∠OHK  = OK-= 3 ⇒ ∠NHK  =2∠OHK  = 2arctg 3
          KH   5                        5
Ответ:

a) 2430

б)      3
2arctg 5

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 обучение
в Школково

Для детей ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Брянской областей, а также школьникам, находящимся в пунктах временного размещения Крыма обучение на платформе бесплатное.

Налоговые вычеты

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

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ или 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!