14260. Точка
L
— середина бокового ребра
BF
правильной четырёхугольной пирамиды
FABCD
с основанием
ABCD
. Точка
E
симметрична
F
относительно плоскости
ABCD
. Известно, что
FA=CD=1
. Найдите угол и расстояние между прямыми
AL
и
DE
.
Ответ. а)
90^{\circ}
; б)
\arccos\sqrt{\frac{2}{3}}
.
Решение. а) Пусть
O
— центр квадрата
ABCD
. Диагонали
EF
и
BD
четырёхугольника
BEDF
пересекаются в точке
O
и делятся ею пополам. Значит,
BEDF
— параллелограмм (даже ромб), поэтому
BF\parallel DE
. Тогда угол
\varphi
между скрещивающимися прямыми
DE
и
AL
равен углу между пересекающимися прямыми
BF
и
AL
, т. е.
90^{\circ}
.
б) Прямая
DE
параллельна плоскости
AFB
, так как эта прямая параллельна прямой
BF
, лежащей в этой плоскости (см. задачу 8002). Значит, расстояние
d
между прямыми
AL
и
DE
равно расстоянию от произвольной точки прямой
DE
(например, от точки
D
) до плоскости
AFB
(см. задачу 7889), а так как точка
O
— середина наклонной
DB
к плоскости
AQB
, то расстояние от точки
D
до плоскости
AFB
вдвое больше расстояния до этой плоскости от точки
O
(см. задачу 9180).
Пусть
K
— середина
AB
, а
OH
— высота прямоугольного треугольника
KOF
. Тогда
OH\perp FK
и
OH\perp AB
, поэтому
OH
— перпендикуляр к плоскости
AFB
(см. задачу 7700). Следовательно (см. задачу 1967),
d=2OH=2\cdot\frac{OF\cdot OK}{FK}=2\cdot\frac{\frac{\sqrt{2}}{2}\cdot\frac{1}{2}}{\frac{\sqrt{3}}{2}}=\sqrt{\frac{2}{3}}.