Прежде чем приступить к решению стереометрических задач, обратите внимание на следующие определения и теоремы.

Признак перпендикулярности прямой и плоскости и теорему о трех перпендикулярах  нужно формулировать так:

Прямая перпендикулярна к плоскости, если она перпендикулярна к двум пересекающимся прямым этой плоскости.

Если проекция наклонной на плоскость перпендикулярна к прямой, лежащей в этой плоскости, то и сама наклонная перпендикулярна к этой прямой.

Требование, чтобы прямые, лежащие в плоскости, и прямая, перпендикулярная к этим прямым, проходили через общую точку, излишне. Точно так же не следует требовать, чтобы наклонная, о которой идет речь в теореме о трех перпендикулярах, и прямая, лежащая в плоскости, проходили через общую точку.

Расстоянием между двумя прямыми AB и CD называется наименьшее из расстояний между двумя точками, одна из которых принадлежит AB, а другая — CD.

Две прямые называются параллельными, если через них можно провести плоскость и они не пересекаются.

Две прямые называются скрещивающимися, если через них нельзя провести плоскость.

Расстоянием между двумя скрещивающимися прямыми является длина отрезка, высекаемого ими на прямой, перпендикулярной к обеим скрещивающимся прямым.

Последнее утверждение является теоремой, а не определением, и может быть доказано.

Во всех последующих задачах рассматриваются только выпуклые многогранники, т. е. такие, которые лежат по одну сторону от любой из его граней. Грани рассматриваемых многогранников являются выпуклыми многоугольниками.

Призмой называется многогранник, в котором две грани — равные многоугольники с соответственно параллельными сторонами, а остальные грани пересекаются между собой по прямым, параллельным друг другу.

Второе требование в этом определении нельзя заменить условием: «остальные грани — параллелограммы», так как иначе пришлось бы отнести к призмам многогранник, составленный из двух равных наклонных параллелепипедов, симметричных относительно плоскости их общего основания, крест, образованный из пяти равных кубиков и т. п.

Если боковые ребра (грани) пирамиды одинаково наклонены к плоскости основания, то высота пирамиды проецируется в центр описанной вокруг основания (вписанной в основание) окружности.

Если боковые ребра и грани пирамиды одинаково наклонены к плоскости основания, то пирамида правильная.

Площадь ортогональной проекции многоугольника на плоскость P равна произведению площади этого многоугольника на косинус угла между плоскостью многоугольника и плоскостью P.

Если все боковые грани пирамиды наклонены к основанию под углом  α, то S основания = S боковой поверхности ·cos α.

Треугольную пирамиду называют тетраэдром.

Правильным тетраэдром называется тетраэдр, у которого все ребра равны.

В задачах рассматриваются только прямые круговые конусы и цилиндры.

Конус (цилиндр) называется равносторонним, если его осевое сечение есть правильный треугольник (квадрат).

 

1. Через точку, лежащую на ребре двугранного угла α (0 αlt; α αlt; π/2), проходят два луча, расположенных в различных полуплоскостях его. Один из этих лучей перпендикулярен к ребру, а другой образует с ребром острый угол β. Найдите угол между данными лучами.

2. Гипотенуза прямоугольного треугольника лежит в некоторой плоскости P, а катеты составляют с этой плоскостью углы α и β. Определите угол между плоскостью P и плоскостью треугольника.

3. Стороны угла α наклонены к плоскости P под углами β и γ. Найдите косинус угла, являющегося проекцией угла α на плоскость P .

4. Даны четыре скрещивающиеся прямые: а, b, с и d . Постройте прямую, параллельную а и одинаково удаленную от остальных трех прямых.

5. Равносторонний треугольник ABC со стороной, равной а, лежит на плоскости P . На перпендикуляре, восставленном из точки А к плоскости P , отложен отрезок АS = а . Найдите тангенс острого угла между прямыми AB и AC .

6. В пространстве даны два луча Ax и By , не лежащие в одной плоскости и образующие между собой угол 90°; AB — их общий перпендикуляр. На лучах Ax и By взяты точки: M на Ax и P на By , такие, что 2АМ  · ВР = AB ². Докажите, что расстояние от середины O отрезка AB до прямой MP равно 1/2AB .

7. Докажите, что четырехгранный угол можно пересечь плоскостью так, чтобы в сечении получился параллелограмм.

8. На плоскости P лежит правильный треугольник ABC со стороной а . Из точек С и В восставлены перпендикуляры к плоскости P и на них отложены отрезки СЕ = а √2 и BD = a /√2 (с одной стороны от плоскости P ). Найдите площадь треугольника DEA и косинус угла между плоскостью P и плоскостью этого треугольника.

9. Найдите объем пирамиды, в основании которой лежит правильный треугольник со стороной а , если двугранные углы между плоскостью основания и боковыми гранями равны α, β и γ.

10. Основанием пирамиды DABC служит равнобедренный треугольник ABC с площадью S и основанием AB = а . Две боковые грани пирамиды, опирающиеся на равные стороны основания, имеют при вершине пирамиды прямые углы. Найдите угол, образованный третьей боковой гранью пирамиды и плоскостью основания, если объем пирамиды равен V .

11. В правильной треугольной пирамиде площадь основания равна √3, а угол бокового ребра с плоскостью основания в четыре раза меньше плоского угла при вершине. Найдите площадь боковой поверхности.

12. В тетраэдр вписан другой тетраэдр так, что его вершины лежат в точках пересечения медиан граней первого тетраэдра. Найдите отношение объемов тетраэдров.

13. Шар касается всех боковых граней пирамиды в точках пересечения их медиан, причем центр шара находится внутри трехгранного угла, образованного боковыми гранями пирамиды. Докажите, что пирамида правильная.

14. Докажите, что в усеченной пирамиде сторона квадрата, равновеликого площади сечения пирамиды, проходящего через середину высоты пирамиды параллельно ее основанию, равна среднему арифметическому сторон квадратов, равновеликих основаниям пирамиды.

15. В пирамиде ABCD дано BC = а, CA = b , AB = с , DA = а 1, DB = b 1, DC = с 1. Найдите косинус острого угла между скрещивающимися ребрами AD и BC этой пирамиды.

16. Плоскость, проходящая через одно из ребер правильного тетраэдра, делит его объем в отношении 3 : 5. Найдите тангенсы углов α и β, на которые эта плоскость делит двугранный угол тетраэдра.

17. В правильной четырехугольной пирамиде двугранный угол при основании равен α. Через ребро основания проведена внутри пирамиды плоскость, составляющая с основанием угол β. В каком отношении она делит площади тех боковых граней, которые она рассекает на два треугольника?

18. Высота треугольной пирамиды ABCD , опущенная из вершины D , проходит через точку пересечения высот треугольника ABC . Кроме того, известно, что DB = b , DC = с , ∠ BDC = 90°. Найдите отношение площадей граней ADB и ADC .

19. В треугольной пирамиде SABC все плоские углы трехгранных углов с вершинами в точках A и B равны α, AB = а . Определите объем пирамиды.

20. Две грани треугольной пирамиды — равнобедренные прямоугольные треугольники с общей гипотенузой AB . Двугранный угол при AB равен α. Найдите двугранный угол, у которого ребро есть катет.

21. В треугольной пирамиде SABC два плоских угла ASB и BSC при вершине S равны α, а третий плоский угол ASC равен α/2. Ребро AS перпендикулярно к плоскости основания ABC . Найдите угол BAC .

22. В тетраэдре ABCD ребро AB = 6, ребро CD = 8, а остальные ребра равны √74. Найдите радиус R описанного шара.

23. В правильной треугольной пирамиде двугранный угол между боковыми гранями равен α. Найдите высоту данной пирамиды, если расстояние от основания высоты до бокового ребра равно а . Ответ приведите к виду, удобному для логарифмирования.

24. В основании треугольной пирамиды лежит правильный треугольник со стороной а . Одна боковая грань пирамиды представляет собой равнобедренный треугольник с боковой стороной b (b  ≠ а ) и перпендикулярна к плоскости основания. Найдите площадь сечения, которое является квадратом и пересекает эту грань по прямой, параллельной основанию.

25. Боковые ребра треугольной пирамиды равны а, b, с . Плоские углы при вершине прямые. В пирамиду вписан куб так, что одна его вершина находится в вершине пирамиды, а противоположная лежит в плоскости основания пирамиды. Найдите ребро куба.

26. В правильную треугольную пирамиду с высотой h вписан куб с ребром а так, что основание куба лежит на основании пирамиды. Найдите объем пирамиды.

27. Трехгранный угол, образованный тремя взаимно перпендикулярными прямыми, пересечен плоскостью. Докажите, что полученный в сечении треугольник остроугольный.

28. Найдите объем тетраэдра ABCD , если BC = AD = а, CA = DB = b , AB = DC = с .

29. В пирамиде ABCD объем V = 48, AB = 12, CD = 8. Расстояние между AB и CD равно 6. Найдите угол между ребрами AB и CD .

30. В правильной треугольной призме ABCA 1B 1C 1 проведена плоскость A 1BC . В образовавшуюся над этой плоскостью часть призмы вписан шар радиусом R . Найдите объем призмы.

31. Ребро правильного тетраэдра равно а . Найдите радиус шара, касающегося всех ребер тетраэдра.

32. В прямоугольный параллелепипед с ребрами а , b и с помещен куб так, что вершина куба O совпадает с вершиной параллелепипеда. Найдите угол между диагоналями куба и параллелепипеда, проведенными через вершину O .

33. Сторона треугольника равна а . Разность прилегающих к ней углов равна φ. На треугольнике, как на основании, построена прямая призма. Через ее ребро, противоположное стороне а , проведено сечение площади S , делящее двугранный угол пополам. Найдите объем призмы.

34. Найдите расстояние между двумя непересекающимися диагоналями смежных граней куба, ребро которого равно а .

35. Ребро куба равно а . Сфера с центром в точке O делит три ребра куба, сходящихся в вершине А , пополам. Из одной такой точки деления K опущен перпендикуляр на диагональ куба, проходящую через вершину А . Угол между этим перпендикуляром и радиусом сферы ОК делится ребром куба пополам. Найдите радиус сферы.

36. Одна из сторон плоского четырехугольника равна √5/2. Его проекции на грани прямого двугранного угла — квадраты со стороной 1. Докажите, что четырехугольник лежит в плоскости, параллельной биссекторной плоскости двугранного угла, и найдите его периметр.

37. Докажите, что объем правильной пирамиды меньше куба ее бокового ребра.

38. Два шара, отношение радиусов которых равно p, касаются друг друга внешним образом. Они помещены внутри конуса так, что центры их находятся на оси конуса; при этом первый шар касается боковой поверхности конуса, а второй — боковой поверхности и основания конуса. Найдите отношение суммы площадей поверхностей этих шаров к площади полной поверхности конуса.

39. Сфера вписана в прямой круговой конус с углом α при вершине осевого сечения. В эту сферу вписан конус с таким же углом при вершине осевого сечения. Найдите угол α, если отношение объема первого конуса к объему второго конуса равно а. При каких значениях а задача имеет решение?

40. Дана правильная треугольная пирамида SABC (S — вершина) со стороной основания а и боковым ребром b. Одна сфера с центром в точке O1 касается плоскостей SAB и SAC в точках B и C , а другая сфера с центром в точке О 2 касается плоскостей SAC и SBC в точках A и B. Найдите объем пирамиды SO 1BO 2.

41. В конус помещены пять равных шаров. Четыре из них лежат на основании конуса, причем каждый из этих четырех шаров касается двух других, лежащих на основании, и боковой поверхности конуса. Пятый шар касается боковой поверхности конуса и остальных четырех шаров. Найдите объем конуса, если радиусы шаров равны r .

42. В основании четырехугольной пирамиды SABCD лежит квадрат ABCD со стороной а. Ребро SD = h перпендикулярно к плоскости основания. Внутри пирамиды лежит цилиндр так, что окружность одного его основания вписана в треугольник SCD, а окружность другого касается грани SAB. Найдите высоту цилиндра.

43. В конус вписан куб так, что одно его ребро лежит на диаметре основания конуса, вершины куба, не принадлежащие этому ребру, лежат на боковой поверхности конуса, а центр куба лежит на высоте конуса. Найдите отношение объема конуса к объему куба.

44. В правильную усеченную треугольную пирамиду вписан шар радиусом r . Боковое ребро пирамиды равно стороне меньшего основания. Найдите объем пирамиды.

45. Два шара радиусом r и один шар радиусом R (R αgt; r ) лежат на плоскости, касаясь друг друга внешним образом. Найдите радиус шара, касающегося всех шаров и плоскости.

46. Два равных шара касаются друг друга и граней двугранного угла. Третий шар меньшего радиуса также касается граней этого двугранного угла и обоих данных шаров. Дано отношение m радиуса меньшего шара к радиусу одного из равных шаров. Найдите величину α двугранного угла. Каким должно быть m, чтобы задача имела решение?

47. На плоскости P стоит равносторонний конус, высота которого 10 см. Каждый из трех равных шаров, лежащих на плоскости P вне конуса, касается двух других шаров и боковой поверхности конуса. Найдите радиус шаров.

48. На плоскости уложены n равных конусов, имеющих общую вершину в точке, лежащей на этой плоскости. Каждый конус касается двух других конусов. Найдите угол при вершине конуса в осевом сечении.

49. Ребро правильного тетраэдра ABCD равно а. На ребре AB, как на диаметре, построена сфера. Найдите радиус сферы, вписанной в трехгранный угол A тетраэдра, если известно, что она касается построенной сферы и ее центр лежит на высоте тетраэдра.

50. Правильная пирамида, в основании которой лежит квадрат со стороной а , вращается вокруг прямой, проходящей через ее вершину и параллельной стороне основания. Вычислите объем тела вращения, если плоский угол при вершине пирамиды равен α.

51. Полная поверхность конуса в два раза больше поверхности вписанного в него шара. Определите отношение объема конуса к объему шара.

52. В основании произвольной (не обязательно прямой) призмы лежит правильный треугольник. Высота призмы равна H. Площади двух боковых граней равны S 1, а площадь третьей равна S 2. Найдите сторону основания. Исследуйте решение.

53. Найдите способ, позволяющий вписать в куб сразу четыре пирамиды: две треугольные и две четырехугольные — так, чтобы их суммарный объем был наибольшим.

54. Основанием треугольной пирамиды SABC служит правильный треугольник ABC со стороной 6. Высота пирамиды, опущенная из вершины S, равна 4, а основание этой высоты принадлежит основанию ABC, включая его границу. Около пирамиды описали шар радиусом R. Найдите наименьшее возможное значение R, удовлетворяющее условиям задачи.

 

ОТВЕТЫ

1. Чтобы связать участвующие в задаче элементы, нужно отрезок ОА луча, перпендикулярного к ребру, спроецировать на другую полуплоскость. Проекцию ОВ этого отрезка спроецировать в отрезок ОС, лежащий на втором луче.

2. Чтобы связать данные углы с величиной угла, который нужно найти, следует спроецировать катеты треугольника на плоскость P и построить искомый угол.

3. При проецировании угла α на плоскость P возникает четырехгранный угол, в котором три плоских угла даны, а два двугранных угла прямые. Чтобы установить связь между плоскими углами, нужно пересечь этот четырехгранный угол плоскостью Q, перпендикулярной к плоскости P .

4. Если спроецировать искомую прямую, параллельную а, на плоскость, перпендикулярную к а, то мы получим точку. Спроецируйте на эту же плоскость три оставшиеся прямые.

5. Начать нужно с построения искомого угла. Для этого прямые AB и SC нужно перенести в одну точку. Если сместить прямую SC, то она «повиснет в воздухе» и угол, который мы получим, не будет связан с треугольником. Поэтому проведем через току C прямую CD, параллельную AB; угол SCD искомый.

6. Лучи Аx и Вy удобно расположить так, как показано на рис. 1.3.6. Утверждение, что ОК = АО, равносильно утверждению, что АM = MK (рассмотрите прямоугольные треугольники ОАМ и OKM).

 

 

7. Если такое сечение четырехгранного угла существует, то в результате параллельного сдвига плоскости этого сечения мы получим новую плоскость, пересечение которой с четырехгранным углом — тоже параллелограмм. Поэтому строить сечение можно в любой точке ребра четырехгранного угла.

8. Если продолжить DE  и BC до пересечения в точке F, то BD — средняя линия в треугольнике EFC (рис. I.3.8). Площадь треугольника DEА равна половине площади треугольника FEA.

 

9. Чтобы ответить на вопрос задачи, нужно определить высоту H пирамиды. Каждый из данных двугранных углов можно измерить с помощью линейного угла, опирающегося на высоту H. Остается использовать тот факт, что в основании лежит правильный треугольник.

10. Докажите, что высота, проведенная в треугольнике АDВ через вершину D, проходит через середину E основания AB. Тогда интересующий нас двугранный угол измеряется линейным углом DEC.

11. Условия задачи отражены на рис. I.3.11. Сторона а основания известна, так как известна площадь основания.

 

12. Аналогичное построение на плоскости приводит к образованию треугольника, подобного данному, с коэффициентом подобия ½. Поэтому и здесь следует постараться выяснить, подобны ли рассматриваемые тетраэдры.

13. Если О — центр шара, касающегося боковых граней пирамиды в точках О 1, О 2 и О 3 (рис. I.3.13), то легко установить, что SB 1 = SB 2 = SB 3. Если мы сумеем доказать равенство треугольников А 2SВ 1 и А 2SВ 3, то установим, что в основании пирамиды лежит правильный треугольник.

 

14. Достроить усеченную пирамиду до полной и рассмотреть высоты пирамид, имеющих три основания, о которых идет речь в условии.

15. Построить угол между скрещивающимися прямыми можно, если параллельно перенести их так, чтобы они проходили через одну точку. В качестве такой точки удобно выбрать вершину А основания пирамиды. Если мы достроим треугольник АВС , лежащий в основании, до параллелограмма АВСЕ (рисунок сделайте самостоятельно), то угол DАЕ будет искомым. Образовавшаяся в результате четырехугольная пирамида будет состоять из ребер данной длины, за исключением ребра DЕ.

16. Тетраэдр разбивается на две пирамиды с общим основанием — плоскостью сечения. Данное отношение объемов позволяет найти отношение высот этих пирамид и, следовательно, отношение синусов искомых углов.

17. Условия задачи отражены на рис. I.3.17. Нас интересует отношение площадей треугольников DАМ и DМS, в то время как все известные элементы сосредоточены в плоскости KSЕ. Поэтому нужно связать элементы треугольников DАМ и DМS с элементами треугольника KSЕ.

 

18. Использовать условие задачи, согласно которому высота пирамиды, опущенная из вершины D, проходит через точку пересечения высот основания АВС, с тем, чтобы доказать, что треугольники АDВ и АDС прямоугольные.

19. В пирамиде SАВС (рис. I.3.19) равнобедренные треугольники АSВ и АСВ равны. Следовательно, проведенные в них высоты из вершин S и С упадут в точку D — середину AB.

 

20. Если верхний из двух равных треугольников, лежащих один на другом в плоскости, начать вращать вокруг из общей стороны, то образованный ими двугранный угол может быть как острым, так и тупым. Поэтому придется рассмотреть два случая.

21 . Если в основании АВС пирамиды провести высоту ВD, то отрезок SD разделит угол АSС пополам.

22. Покажите, что отрезки AB и CD взаимно перпендикулярны. Центр описанного шара лежит на их общем перпендикуляре KM, где K — середина СD, M — середина AB.

23. Расстояние от основания высоты до бокового ребра измеряется отрезком перпендикуляра, опущенного на боковое ребро. Чтобы связать участвующие в задаче величины, нужно измерить двугранный угол α линейным углом, построенным в точке бокового ребра, которая является основанием этого перпендикуляра. Следовательно, придется построить сечение пирамиды, проходящее через основание высоты и перпендикулярное к боковому ребру пирамиды.

24. Чтобы в сечении получился квадрат, плоскость сечения необходимо провести так, чтобы она пересекала все четыре грани пирамиды (иначе мы получили бы в сечении треугольник). Докажите, что если KLNM — квадрат (рис. I.3.24), то плоскость KLNM параллельна двум скрещивающимся прямым AB и СD.

 

25. Для того чтобы найти наиболее рациональное решение задачи, поставьте пирамиду на одну из боковых граней (рис. I.3.25), а затем примените сравнение объемов.

 

26. Вписать в пирамиду куб значит расположить его так, чтобы нижнее основание куба лежало на основании пирамиды, а верхнее основание куба было вписано в треугольник, полученный в горизонтальном сечении пирамиды (рис. I.3.26).

 

27. K решению этой задачи удобно подойти аналитически, рассмотрев общий случай. Предположим, что в сечении образовался некоторый треугольник со сторонами а, b и с. Полезно рассмотреть пирамиду, в основании которой лежит этот треугольник, а вершиной является вершина трехгранного угла.

28. По условию задачи попарно равны именно те ребра тетраэдра, которые лежат на скрещивающихся прямых. Использовать это условие можно, если расположить тетраэдр так, чтобы ребро AB лежало в горизонтальной плоскости P, а ребро DС было параллельно этой плоскости.

29. Нужно построить расстояние между прямыми AB и CD. Для этого через один из отрезков, например через AB, надо провести плоскость P, параллельную CD.

Решение естественно начать с построения плоскости P, проходящей через одно ребро (AB) и параллельной другому (CD). Удобный чертеж можно получить, повернув пирамиду вокруг AB так, чтобы плоскость P стала горизонтальной.

Далее нужно построить угол между скрещивающимися прямыми AB и CD. Напомним, что для этого достаточно построить прямую, пересекающую одну из них и параллельную другой.

30. Плоскость А1ВС отсекает от призмы четырехугольную пирамиду. Расположим ее так, как показано на рис. I.3.30. То, что в эту пирамиду вписан шар радиусом R , означает, что в треугольники В 1А 1С 1 и DА 1Е вписаны окружности радиусом R.

 

31. В силу соображений симметрии центр шара, о котором идет речь в задаче, совпадает с центром шара, вписанного в правильный тетраэдр.

32. Если куб преобразовать подобно, выбрав в качестве центра подобия точку О, то диагональ, проходящая через точку О, сохранит свое направление в пространстве.

33. Составным элементом этой задачи является соотношение, связывающее разность углов треугольника, прилегающих к некоторой его стороне, с углом между этой стороной и биссектрисой противоположного угла.

34. Диагонали, расстояние между которыми нужно найти, будут лежать на скрещивающихся прямых. Расстояние между скрещивающимися прямыми равно расстоянию между определяемыми ими параллельными плоскостями.

35. Так как сфера с центром в точке О расположена симметрично относительно всех трех ребер, выходящих из А, то О должна лежать на диагонали куба.

36. Вначале нужно извлечь информацию из того обстоятельства, что проекции каждой стороны четырехугольника на взаимно перпендикулярные плоскости равны. Отсюда следует, что каждая сторона четырехугольника параллельна плоскости, делящей угол между взаимно перпендикулярными плоскостями пополам.

37. Задачу можно свести к такой: доказать, что объем конуса меньше куба его образующей. (!)

38. Введите линейные элементы, характеризующие конус, например высоту H и радиус основания ρ. Затем величины H, ρ и p выразите через радиусы R и r шаров.

39. Чтобы использовать данное в условии отношение объемов двух конусов, нужно выразить радиус основания одного конуса через радиус основания другого. Для этого придется внутренний конус, свободно вращающийся в шаре, закрепить так, чтобы образующие конусов были параллельны.

40. Не следует начинать решение с построения общего чертежа, который окажется весьма громоздким. Удобнее вначале провести анализ условия и вспомнить, что центр сферы, вписанной в двугранный угол (рис. I.3.40), лежит в плоскости, проходящей через точки касания В и С и перпендикулярной к ребру этого угла. Линейный угол ВЕС делится прямой EO 1 пополам, а отрезки СЕ и ВЕ равны. Если сделать соответствующие построения для треугольной пирамиды, то появится возможность использовать условие, что данная пирамида правильная.

41. Центры четырех шаров, касающихся основания конуса, лежат в одной плоскости (рис. I.3.41). Если мы проведем осевое сечение конуса через O1 и О3, то сможем связать высоту H и радиус основания R конуса с радиусом r.

 

42. Необходимые построения показаны на рис. I.3.42. Плоскость EMNF проходит через ось цилиндра и перпендикулярна к основанию пирамиды; F — точка касания окружности основания цилиндра со стороной DС; M — точка касания с гранью ASB. Отрезки МК и EF взаимно перпендикулярны, KF — искомая величина.

 

43. Условия задачи отражены на рис. I.3.43. Ввести линейные элементы, определяющие конус, и выразить их через ребро куба.

 

44. Поскольку в усеченную пирамиду вписан шар, то объем пирамиды можно представить в виде произведения одной трети радиуса шара на полную поверхность пирамиды. Обозначим стороны нижнего и верхнего основания через а и b соответственно. Воспользовавшись сравнением объемов, — в качестве второго выражения для объема нужно взять обычную формулу

 

 — выразим площадь боковой грани пирамиды через а и b .

45. Нет необходимости изображать сами шары. Достаточно изобразить их центры и точки их касания с плоскостью.

46. Фигуры, о которых говорится в условии задачи, расположены так, что у них имеются две плоскости симметрии. Первая плоскость симметрии пройдет через ребро данного двугранного угла и через центр меньшего шара. На этой плоскости окажутся центры двух других шаров. Вторая плоскость симметрии будет перпендикулярна к ребру двугранного угла и тоже пройдет через центр меньшего шара. Поэтому достаточно сделать каркасный чертеж, на котором изобразить лишь одну из четырех равных частей данной конфигурации.

47. У рассматриваемой фигуры будут три плоскости симметрии, проходящие через ось конуса и центр одного из шаров. Проекции центров трех шаров на плоскость P образуют равносторонний треугольник, сторона которого равна 2R. Сделать каркасный чертеж.

48. Чтобы использовать условие задачи, нужно рассмотреть два соседних конуса. При этом нет необходимости рисовать их целиком, достаточно изобразить оси, общую образующую и образующие, по которым конусы касаются плоскости.

49. По условию сфера, радиус которой нужно найти, вписана в трехгранный угол А (рис. I.3.49). Это означает, что ее центр лежит на высоте АО. Однако все точки высоты АО (кроме концов) лежат внутри сферы, построенной на AB. Следовательно, касание двух сфер может быть только внутренним.

 

50. Искомое тело можно представить себе как часть пространства, заполненную в результате вращения вокруг оси РР (рис. I.3.50) треугольника SАВ и всех сечений пирамиды, проходящих через вершину S параллельно AB. Таким сечением является, например, треугольник SEF, изображенный на рис. I.3.50.

 

51.

Способ 1. Задачу можно решить аналитически, если выразить полную поверхность конуса через радиус вписанного в него шара и угол а (рис. I.3.51; на нем изображено осевое сечение конуса). Затем следует воспользоваться соотношением S пк = 2S ш. В результате получим тригонометрическое уравнение относительно α.

 

Способ 2. Объем конуса можно представить себе как сумму объемов V1 и V2  где V1 — объем тела, полученного вращением треугольника ASO вокруг оси конуса, а V2 — объем конуса с осевым сечением АОВ.

52. Пусть АВС и А 1В1С1 — основания призмы, а В 1В — ее ребро, принадлежащее двум равновеликим граням. Докажите, что вершина В 1 проецируется тогда на биссектрису одного из углов, образованных прямыми AB и BC. Может ли проекция вершины В1 оказаться на биссектрисе внешнего угла треугольника АВС ?

53. О пирамидах не сказано, какие они. Поэтому следует попытаться заполнить ими весь объем куба.

54. Высота SP пирамиды SABС (рис. I.3.54) фиксирована и равна 4. В основании правильный треугольник АВС со стороной 6. Кроме того, основание высоты не покидает треугольник АВС. Следовательно, вершина S пирамиды SАВС лежит в плоскости, параллельной плоскости треугольника АВС, и отстоящей от нее на расстоянии, равном 4. Если мы построим на основании АВС прямую призму А 1В 1С 1ABC с ребром 4, то вершина S пирамиды SАВС будет принадлежать верхнему основанию этой призмы.