Тип 14 № 517558 

Стереометрическая задача. Угол между плоскостями граней многогранника
i
Дана четырёхугольная пирамида SABCD с прямоугольником ABCD в основании. Сторона AB равна 4, а BC равна
Вершина пирамиды S проецируется в точку пересечения диагоналей прямоугольника. Из вершины A и C на ребро SB опущены перпендикуляры AP и CQ.
а) Докажите, что точка P является серединой отрезка BQ.
б) Найдите угол между плоскостями SBA и SBC, если ребро SD равно 8.
Решение. 
а) Пусть
вершина S проектируется в точку пересечения диагоналей, поэтому боковые ребра равны между собой. По теореме косинусов в треугольнике ABS:

B треугольнике ASP:
тогда
откуда
Аналогично находим
Тогда:

откуда
что и требовалось доказать.
б) Из пункта а) следует, что
Проведем PC' параллельно QC, C' принадлежит BC, тогда угол APC' — искомый. Поскольку PC' параллельно QC и P — середина QB, то PC' — средняя линия, тогда
В треугольнике CBQ: угол Q — прямой,
тогда
В треугольнике APB: угол P — прямой,
В треугольнике ABC': угол B — прямой,
По теореме косинусов в треугольнике APC':

Тогда угол между плоскостями SBA и SBC равен 
Ответ:б) 
Приведем решение Дениса Чернышева (Тюмень).

а) Введем базисные векторы
как показано на рисунке. По правилам сложения векторов получаем:
Запишем условие перпендикулярности:
откуда ##
Выразим нужные векторы через базис и подставим в условие перпендикулярности:

Внесем множитель в скобки и раскроем квадрат суммы, учитывая, что косинус угла между векторами базиса равен нулю:


Подставив длины векторов базиса, получаем 
Аналогично рассуждая, получаем:
и
Значит,
Применим выражения векторов через базис и упростим получившиеся уравнение так же, как это сделано выше. В результате получаем:
Отсюда

Подставив длины базисных векторов, получаем:
Сравнивая коэффициенты, находим, что
Следовательно, точка P делит пополам отрезок BQ, что и требовалось доказать.
б) Искомый угол между плоскостями есть угол прямыми АР и CQ, перпендикулярными линии пересечения этих плоскостей. Найдем вначале угол между векторами
и
По условию BS = 8. Применим теорему Пифагора к треугольнику BSO, получаем длину базисного вектора:
Теперь воспользуемся выражениями векторов, которые из п. а), откуда получим:
и 
Подставив эти числа, находим:

Аналогично,

Найдем косинус угла между векторами:

Косинус меньше нуля, то есть векторы образуют тупой угол. Следовательно, искомый угол между плоскостями есть смеждый с найденным угол, а потому он равен 
Критерии проверки:| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|
| Имеется верное доказательство утверждения пункта a) и обоснованно получен верный ответ в пункте б) | 3 |
| Получен обоснованный ответ в пункте б) ИЛИ имеется верное доказательство утверждения пункта а) и при обоснованном решении пункта б) получен неверный ответ из-за арифметической ошибки | 2 |
| Имеется верное доказательство утверждения пункта а) ИЛИ при обоснованном решении пункта б) получен неверный ответ из-за арифметической ошибки, ИЛИ обоснованно получен верный ответ в пункте б) с использованием утверждения пункта а), при этом пункт а) не выполнен | 1 |
| Решение не соответствует ни одному из критериев, приведённых выше | 0 |
| Максимальный балл | 3 |
Ответ: б)
