7222. Сторона основания
ABCD
правильной четырёхугольной пирамиды
SABCD
равна
a
, боковое ребро равно
b
. Найдите площадь сечения пирамиды плоскостью, проходящей через середину ребра
AB
параллельно прямым
BD
и
AS
.
Ответ.
\frac{5ab\sqrt{2}}{16}
.
Решение. Пусть
M
— середина
AB
. Секущая плоскость параллельна прямой
BD
, лежащей в плоскости основания
ABCD
, и имеет с плоскостью основания общую точку
M
. Поэтому плоскость основания пересекает секущую плоскость по прямой, проходящей через точку
M
параллельно
BD
.
Если
N
— точка пересечения этой прямой с ребром
AD
, а
O
— центр основания
ABCD
, то
N
— середина
AD
,
MN
— средняя линия треугольника
ADB
, а точка
R
пересечения
MN
и
AC
— середина
AO
.
Секущая плоскость пересекается с плоскостью треугольника
ASC
по прямой, параллельной
AS
и проходящей через точку
R
. Пусть эта прямая пересекает боковое ребро
SC
в точке
K
. Из подобия треугольников
RKC
и
ASC
следует, что
\frac{RK}{AS}=\frac{CR}{AC}=\frac{3}{4}
. Поэтому
RK=\frac{3}{4}AS=\frac{3}{4}b
.
Поскольку секущая плоскость проходит через прямую
RK
, параллельную
AS
, а следовательно, и плоскостям граней
ASB
и
ASD
, она пересекает эти плоскости по прямым, параллельным
AS
и проходящим через точки
M
и
N
соответственно, т. е. по средним линиям треугольников
ASB
и
ASD
.
Пусть
F
и
E
— середины
SB
и
SD
. Тогда искомое сечение — пятиугольник
MNEKF
, а
MF=NE=\frac{1}{2}b
.
Поскольку
NE\parallel AS
и
MN\parallel BD,
а
AS\perp BD
(по теореме о трёх перпендикулярах), то
NE\perp MN
. Аналогично
MF\perp MN
. Следовательно,
RN
и
RM
— высоты прямоугольных трапеций
RNEK
и
RMFK
. Тогда
S_{MNEKF}=2S_{RNEK}=2\cdot\frac{1}{2}(RK+NE)\cdot NR=

=(RK+NE)\cdot NR=\left(\frac{3}{4}b+\frac{1}{2}b\right)\cdot\frac{1}{4}a\sqrt{2}=\frac{5ab\sqrt{2}}{16}.