14282. Основание ABC
 тетраэдра ABCD
 и боковая грань ABD
 — равносторонние треугольники со стороной 1. Их плоскости перпендикулярны. Точка M
 — середина ребра AC
. Найдите:
а) угол между прямыми DM
 и BC
;
б) тангенс угла между плоскостями ADC
 и ABC
;
в) расстояние между прямыми DM
 и AB
;
г) синус угла прямой DM
 с плоскостью BCD
.
Ответ. а) 60^{\circ}
; б) 2
; в) \frac{\sqrt{15}}{10}
; г) \frac{\sqrt{15}}{10}
.
Решение. а) Пусть O
 — середина ребра AB
. Тогда DO\perp AB
, а так как плоскости ADB
 и ABC
 перпендикулярны, то DO
 — перпендикуляр к плоскости ABC
, т. е. высота тетраэдра (см. задачу 7712). Поскольку OM\parallel BC
 как средняя линия треугольника ABC
, угол \alpha
 между скрещивающимися прямыми DM
 и BC
 равен углу между пересекающимися прямыми DM
 и OM
, т. е. острому углу при вершине M
 прямоугольного треугольника DOM
 с катетами OM=\frac{1}{2}
 и DO=\frac{\sqrt{3}}{2}
. Значит,
\tg\alpha=\tg\angle DMO=\frac{DO}{OM}=\frac{\frac{\sqrt{3}}{2}}{\frac{1}{2}}=\sqrt{3}.
 Следовательно, \alpha=60^{\circ}
.
б) Пусть K
 — середина отрезка AM
. Тогда OK
 — средняя линия прямоугольного треугольника ABM
, поэтому OK\parallel BM
 и OK=\frac{1}{2}BM=\frac{\sqrt{3}}{4}
. Кроме того, OK\perp AM
, а по теореме о трёх перпендикулярах DK\perp AC
. Значит, \angle DKO=\beta
 — линейный угол двугранного угла, образованного гранями ADC
 и ABC
.
Из прямоугольного треугольника DOK
 находим, что
\tg\beta=\tg\angle DKO=\frac{DO}{OK}=\frac{\frac{\sqrt{3}}{2}}{\frac{\sqrt{3}}{4}}=2.
в) Пусть L
 — середина ребра BC
, а N
 — точка пересечения средней линии ML
 треугольника ABC
 с его медианой CO
. Тогда N
 — общая середина отрезков ML
 и CO
. Кроме того, ON\perp ML
, а по теореме о трёх перпендикулярах DN\perp ML
.
Прямая AB
 параллельна ML
, лежащей в плоскости MDL
, поэтому прямая ML
 параллельна этой плоскости (см. задачу 8002). Тогда расстояние d
 между прямыми DM
 и AB
 равно расстоянию от любой точки прямой AB
 (например, от точки O
) до плоскости MDL
 (см. задачу 7889).
Пусть OH
 высота прямоугольного треугольника DON
. Тогда OH
 — перпендикуляр к плоскости MDL
, так как OH\perp DN
 и OH\perp ML
. Значит, расстояние между прямыми DM
 и AB
 равно длине отрезка OH
. Следовательно,
d=OH=\frac{DO\cdot ON}{DN}=\frac{\frac{\sqrt{3}}{2}\cdot\frac{\sqrt{3}}{4}}{\sqrt{\frac{3}{4}+\frac{3}{16}}}=\frac{3}{2\sqrt{15}}=\frac{\sqrt{15}}{10}.
г) Синус угла \gamma
 наклонной MD
 с плоскостью BCD
 равен отношению расстояния h
 от точки M
 до плоскости BCD
 к длине наклонной MD
.
Из прямоугольного треугольника DOM
 находим, что
MD=\sqrt{DO^{2}+OM^{2}}=\sqrt{\frac{3}{4}+\frac{1}{4}}=1.
Прямая MO
 параллельна прямой BC
, лежащей в плоскости BCD
, поэтому прямая MO
 параллельна этой плоскости. Значит, расстояние от точки M
 до плоскости BCD
 равно расстоянию до этой плоскости от точки O
.
Пусть OF
 — перпендикуляр к BC
, а OP
 — высота прямоугольного треугольника DOF
. Тогда OP
 — перпендикуляр к плоскости BCD
. Прямоугольные треугольники DOF
 и DON
 равны по двум катетам, так как катет DO
 общий, а
OF=\frac{1}{2}AL=\frac{\sqrt{3}}{4}=ON.
 Значит, равны их соответствующие высоты, т. е.
h=OP=OH=\frac{\sqrt{15}}{10}.
 Следовательно,
\sin\gamma=\frac{h}{MD}=\frac{\frac{\sqrt{15}}{10}}{1}=\frac{\sqrt{15}}{10}.
Источник: Школьные материалы. —