РУҚА
15

Шешімі: Конус и объём тетраэдра

ЕГЭ · Математика, профиль · Тапсырма 15 · Стереометрия
ЖоғарыФИПИ6B5C41Толық шешім≈ 15 минутТалдау 10 қадам
Условие

Различные точки $A$, $B$ и $C$ лежат на окружности основания конуса с вершиной $S$, причём отрезок $AB$ является диаметром. Угол между образующей конуса и плоскостью основания равен $60^\circ$.

Докажите, что $\cos \angle ASC + \cos \angle BSC = 1{,}5$. Найдите объём тетраэдра $SABC$, если $SC = 1$ и $\cos \angle ASC = \dfrac{2}{3}$.

Тапсырманы ашып, өзіңіз шешіңіз
Дальше ответЕгер әлі шешіп жатсаңыз – кеңестерден бастаңыз: олар жауапқа жетелейді, бірақ оны ашпайды.
К подсказкам

Шешім по шагам

10 қадам
1

Пусть $O$ — центр основания конуса, а $h=SO$, $R=OA=OB=OC$. Для любой образующей конуса угол с плоскостью основания равен $60^\circ$, поэтому при $SC=1$ имеем

$$h=SC\sin 60^\circ=\frac{\sqrt{3}}{2},\qquad R=SC\cos 60^\circ=\frac12$$
2

Рассмотрим скалярные произведения векторов $\overrightarrow{SA}$ и $\overrightarrow{SC}$, а также $\overrightarrow{SB}$ и $\overrightarrow{SC}$. Так как $AB$ — диаметр, то $\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}=\overrightarrow{0}$. Вертикальные составляющие векторов $\overrightarrow{SA}$ и $\overrightarrow{SB}$ равны $-h$, а горизонтальные составляющие взаимно уничтожаются.

$$\overrightarrow{SA}\cdot\overrightarrow{SC}+\overrightarrow{SB}\cdot\overrightarrow{SC}=2h^2$$
3

Все образующие конуса имеют длину $SC=SA=SB$, поэтому после деления на $SA\cdot SC=SB\cdot SC=1$ получаем

$$\cos\angle ASC+\cos\angle BSC=2h^2=2\left(\frac{\sqrt3}{2}\right)^2=\frac32=1{,}5$$
4

Для второй части по условию $\cos\angle ASC=\dfrac23$. Используем скалярное произведение векторов $\overrightarrow{SA}$ и $\overrightarrow{SC}$:

$$\overrightarrow{SA}\cdot\overrightarrow{SC}=SA\cdot SC\cos\angle ASC=\frac23$$
5

С другой стороны, горизонтальные составляющие этих векторов равны $\overrightarrow{OA}$ и $\overrightarrow{OC}$, а вертикальные составляющие дают $h^2=\dfrac34$. Поэтому

$$\overrightarrow{OA}\cdot\overrightarrow{OC}+h^2=\frac23,\qquad \overrightarrow{OA}\cdot\overrightarrow{OC}=\frac23-\frac34=-\frac1{12}$$
6

Так как $OA=OC=\dfrac12$, найдём косинус центрального угла $\angle AOC$:

$$\cos\angle AOC=\frac{\overrightarrow{OA}\cdot\overrightarrow{OC}}{OA\cdot OC}=\frac{-1/12}{1/4}=-\frac13$$
7

По теореме о длине хорды:

$$AC^2=2R^2(1-\cos\angle AOC)=2\cdot\frac14\cdot\frac43=\frac23$$
8

Поскольку $AB$ — диаметр окружности, угол $ACB$ прямой. Кроме того, $\angle BOC=180^\circ-\angle AOC$, поэтому

$$BC^2=2R^2(1-\cos\angle BOC)=2\cdot\frac14\left(1+\frac13\right)=\frac13$$
9

Площадь основания тетраэдра равна площади прямоугольного треугольника $ABC$:

$$S_{ABC}=\frac12\cdot AC\cdot BC=\frac12\sqrt{\frac23}\sqrt{\frac13}=\frac{\sqrt2}{6}$$

Высота тетраэдра относительно основания $ABC$ равна высоте конуса $SO=\dfrac{\sqrt3}{2}$. Поэтому

$$V_{SABC}=\frac13S_{ABC}\cdot SO=\frac13\cdot\frac{\sqrt2}{6}\cdot\frac{\sqrt3}{2}=\frac{\sqrt6}{36}$$
Жауап

Объём тетраэдра равен $\dfrac{\sqrt6}{36}$.

Бұл жауап талдау нәтижесінде алынды, бірақ банктің ресми кілтімен тексерілген жоқ — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Путать высоту конуса с образующей и брать $SO=1$.

Забывать, что $AB$ является диаметром, поэтому $\angle ACB=90^\circ$.

Использовать формулу объёма пирамиды без множителя $\dfrac13$.

Қате определять угол между образующей и плоскостью основания.

Закрепить приёмВ теме «Стереометрия» ещё 118 тапсырма — жауабымен және дәл осындай талдауымен.
Жаттығу

Тапсырманы қалай шешу керек 15 ЕГЭ, математика, профиль

Бұл есептің талдауы келесіге бөлінген: 10 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Жауап есептеулердің жанында келтірілген, олардың орнына емес.

Задача из темы «Стереометрия»: в ней 119 задач, и у каждой есть такой же разбор. Тіркеу қажет емес.