7024. Высота правильной шестиугольной пирамиды равна стороне основания. Найдите угол между соседними боковыми гранями.
Ответ.
2\arctg\sqrt{6}=\arccos\left(-\frac{5}{7}\right)
.
Решение. Пусть
ABCDEFP
— данная правильная шестиугольная пирамида с вершиной
P
;
M
— центр правильного шестиугольника
ABCDEF
. Обозначим
AB=BC=CD=DE=EF=AF=a
. Поскольку пирамида правильная,
PM
— её высота (из условия следует, что
PM=a
). Значит, угол
PDM
— это угол бокового ребра с плоскостью основания. В прямоугольном треугольнике
DPM
известно, что
PM=DM=a
, поэтому
\angle PDM=45^{\circ}
.
Прямая
DM
— ортогональная проекция бокового ребра
DP
на плоскость основания пирамиды. Так как
DM\perp CE
, то по теореме о трёх перпендикулярах
DP\perp CE
.
Опустим перпендикуляр
CH
из вершины
C
на боковое ребро
DP
. Прямая
DP
перпендикулярна двум пересекающимся прямым
CE
и
CH
плоскости
CEH
, поэтому прямая
DP
перпендикулярна этой плоскости. Значит, угол
CHE
— линейный угол двугранного угла между плоскостями боковых граней
CDP
и
EDP
. Обозначим
\angle CHE=\gamma
. Пусть
N
— точка пересечения диагоналей
AD
и
FC
правильного шестиугольника
ABCDEF
. Тогда
N
— середина отрезка
MD
,
NH\perp DP,~NH\perp CE,~ND=\frac{a}{2},~CN=\frac{a\sqrt{3}}{2}.

Из прямоугольного треугольника
DNH
находим, что
NH=DN\sin\angle NDH=DN\sin\angle PDM=\frac{a}{2}\cdot\sin45^{\circ}=\frac{a\sqrt{2}}{4}.

Следовательно,
\tg\frac{\gamma}{2}=\tg\angle NHC=\frac{CN}{NH}=\frac{\frac{a\sqrt{3}}{2}}{\frac{a\sqrt{2}}{4}}=2\sqrt{\frac{3}{2}}=\sqrt{6}.

По известной формуле тригонометрии можно найти и косинус угла
\gamma
:
\cos\gamma=\frac{1-\tg^{2}\frac{\gamma}{2}}{1+\tg^{2}\frac{\gamma}{2}}=\frac{1-6}{1+6}=-\frac{5}{7}.