14378. Шар касается всех боковых граней треугольной пирамиды SABC
 в точках пересечения их биссектрис. Из вершины S
 проведены биссектрисы SD
 и SE
 боковых граней SAB
 и SAC
 соответственно. Угол DSE
 равен \alpha
, объём пирамиды равен V
. Докажите, что пирамида правильная. Найдите периметр основания.
Ответ. 3\sqrt[{3}]{{\frac{48V}{\sqrt{3\ctg^{2}\frac{\alpha}{2}-1}}}}=3\sqrt[{3}]{{\frac{48V\sin\frac{\alpha}{2}}{\sqrt{3-4\sin^{2}\frac{\alpha}{2}}}}}
.
Решение. Пусть SABC
 — данная пирамида, I_{1}
 и I_{2}
 — точки пересечения биссектрис граней SAB
 и SAC
 соответственно, AM
 и AN
 — биссектрисы этих граней.
Отрезки касательных, проведённых к шару из одной точки, равны, поэтому AI_{1}=AI_{2}
 и SI_{1}=SI_{2}
. Значит, треугольники AI_{1}S
 и AI_{2}S
 равны по трём сторонам. Тогда
\angle ASB=\angle ASM=2\angle ASI_{1}=2\angle ASI_{2}=\angle ASN=\angle ASC,
\angle BAS=2\angle MAS=2\angle I_{1}AS=2\angle I_{2}AS=\angle CAS,
 и треугольники SAB
 и SAC
 равны по двум стороне и двум прилежащим к ней углам, поэтому
AB=AC~\mbox{и}~SB=SC.
 Аналогично,
AB=BC~\mbox{и}~SB=SA.
 Таким образом, боковые рёбра пирамиды равны, а основание — равносторонний треугольник. Следовательно, пирамида правильная. Что и требовалось доказать.
Пусть SH=h
 — высота пирамиды, AB=a
 — сторона основания, K
 — точка пересечения DE
 и AH
. Поскольку SD
 и SE
 — биссектрисы равнобедренных треугольников ASB
 и ASC
, точки D
 и E
 — середины сторон AB
 и AC
 равностороннего треугольника ABC
, DE
 — средняя линия треугольника, K
 — общая середина его высоты AP
 и средней линии DE
, а
HK=AH-AK=AH-\frac{2}{3}AP-\frac{1}{2}AP=\frac{1}{6}AP=\frac{1}{6}\cdot\frac{a\sqrt{3}}{2}=\frac{a\sqrt{3}}{12}.
 Из прямоугольных треугольников DKS
 и SHK
 получаем
SK=DK\ctg\angle DKS=\frac{a}{4}\ctg\frac{\alpha}{2},
h=SH=\sqrt{SK^{2}-HK^{2}}=\sqrt{\frac{a^{2}\ctg^{2}\frac{\alpha}{2}}{16}-\frac{a^{2}}{48}}=\frac{a}{4}\sqrt{\ctg^{2}\frac{\alpha}{2}-\frac{1}{3}}=
=\frac{a\sqrt{3\ctg^{2}\frac{\alpha}{2}-1}}{4\sqrt{3}},
 а так как
V=\frac{1}{3}S_{\triangle ABC}\cdot SH=\frac{1}{3}\cdot\frac{a^{2}\sqrt{3}}{4}\cdot h=\frac{a^{2}h\sqrt{3}}{12}=\frac{a^{3}\sqrt{3\ctg^{2}\frac{\alpha}{2}-1}}{48},
 то
a=\sqrt[{3}]{{\frac{48V}{\sqrt{3\ctg^{2}\frac{\alpha}{2}-1}}}}.
 Следовательно, периметр основания равен
3a=3\sqrt[{3}]{{\frac{48V}{\sqrt{3\ctg^{2}\frac{\alpha}{2}-1}}}}=3\sqrt[{3}]{{\frac{48V\sin\frac{\alpha}{2}}{\sqrt{3-4\sin^{2}\frac{\alpha}{2}}}}}.
Источник: Вступительный экзамен на механико-математический факультет МГУ. — 1966, № 3, вариант 5
Источник: Моденов П. С. Экзаменационные задачи по математике с анализом их решения. — М.: Просвещение, 1969. — № 3, с. 41, вариант 6