14242. Основание
ABC
пирамиды
SABC
— равносторонний треугольник. Высота пирамиды проходит через точку
A
и равна стороне основания. Найдите углы между противоположными рёбрами пирамиды.
Ответ.
90^{\circ}
,
\arccos\frac{\sqrt{2}}{4}
,
\arccos\frac{\sqrt{2}}{4}
.
Решение. Прямая
SA
перпендикулярна плоскости
ABC
, содержащей прямую
BC
, значит, прямая
SA
перпендикулярна
BC
, т. е. угол между этими прямыми равен
90^{\circ}
.
Обозначим
SA=AB=a
. Пусть
K
,
L
и
M
— середины рёбер
SA
,
AB
и
BC
соответственно. Тогда
KL
и
LM
— средние линии треугольников
ASB
и
ABC
, поэтому
KL\parallel SB
и
LM\parallel AC
. Значит, угол между прямыми
SB
и
AC
равен углу между соответственно параллельными им пересекающимися прямыми
KL
и
LM
. Кроме того,
KL=\frac{1}{2}SB=\frac{a\sqrt{2}}{2},~LM=\frac{1}{2}AC=\frac{a}{2}.

Из прямоугольного треугольника
KAM
находим, что
KM=\sqrt{AK^{2}+AM^{2}}=\sqrt{\left(\frac{a}{2}\right)^{2}+\left(\frac{a\sqrt{3}}{2}\right)^{2}}=\sqrt{\frac{a^{2}}{4}+\frac{3a^{2}}{4}}=a.

По теореме косинусов
\cos\angle KLM=\frac{KL^{2}+LM^{2}-KM^{2}}{2KL\cdot LM}=\frac{\frac{a^{2}}{2}+\frac{a^{2}}{4}-a^{2}}{2\cdot\frac{a\sqrt{2}}{2}\cdot\frac{a}{2}}=-\frac{1}{2\sqrt{2}}=-\frac{\sqrt{2}}{4}.

Следовательно, угол между прямыми
AC
и
SB
равен
\arccos\frac{\sqrt{2}}{4}
.
Поскольку пирамида симметрична относительно плоскости
SAM
, угол между прямыми
AB
и
SC
тоже равен
\arccos\frac{\sqrt{2}}{4}
.