7073. Боковое ребро правильной треугольной пирамиды образует с плоскостью основания угол
45^{\circ}
. Найдите угол между апофемой пирамиды и плоскостью соседней боковой грани.
Ответ.
\arcsin\frac{3}{5}
.
Решение. Пусть
a
— сторона основания
ABC
правильной треугольной пирамиды
ABCP
,
\beta
— угол боковой грани с плоскостью основания,
\varphi
— искомый угол между апофемой
PK
(
K
— середина
AB
) и плоскостью грани
APC
,
M
— центр основания
ABC
,
N
— середина
AC
,
D
— ортогональная проекция точки
K
на плоскость грани
APC
. Тогда искомый угол
\varphi
— это угол
KPD
, а
\sin\varphi=\frac{KD}{PK}
. Таким образом, для решения задачи нужно найти апофему пирамиды и расстояние от точки
K
до плоскости грани
APC
.
Апофему
PK
найдём из прямоугольного треугольника
PMK
:
PM=MC=a\sqrt{PM^{2}+MK^{2}}=\sqrt{\left(\frac{a\sqrt{3}}{3}\right)^{2}+\left(\frac{a\sqrt{3}}{6}\right)^{2}}=\frac{a\sqrt{15}}{6}.

Поскольку
K
— середина наклонной
AB
к плоскости грани
APC
, расстояние
KD
вдвое меньше расстояния от точки
B
до этой плоскости (см. задачу 9180). Пусть
BG
— высота треугольника
PBN
. Тогда
BG
перпендикулярно плоскости грани
APC
, поэтому
KD=\frac{1}{2}BG
.
Из прямоугольного треугольника
BGN
находим, что
BG=BN\sin\angle BNP=BN\sin\beta=BN\sin\angle PKM=

=BN\cdot\frac{PM}{PK}=\frac{a\sqrt{3}}{2}\cdot\frac{\frac{a\sqrt{3}}{3}}{\frac{a\sqrt{15}}{6}}=\frac{3a}{\sqrt{15}},~KD=\frac{3a}{2\sqrt{15}}.

Следовательно,
\sin\varphi=\frac{KD}{PK}=\frac{\frac{3a}{2\sqrt{15}}}{\frac{a\sqrt{15}}{6}}=\frac{3}{5}.