7023. Сторона основания и высота правильной шестиугольной пирамиды равны
a
. Найдите площадь боковой поверхности пирамиды.
Ответ.
\frac{3a^{2}\sqrt{7}}{2}
.
Решение. Первый способ. Пусть
ABCDEFP
— данная правильная шестиугольная пирамида с вершиной
P
,
M
— центр правильного шестиугольника
ABCDEF
,
K
— середина
AB
,
S
— площадь боковой поверхности пирамиды. Обозначим
AB=BC=CD=DE=EF=AF=a
.
Поскольку пирамида правильная,
PM
— её высота. Кроме того,
PK\perp AB
. Значит,
PK
— высота равнобедренного треугольника
ABP
, а так как
MK
— высота равностороннего треугольника
ABM
со стороной
a
, то
MK=\frac{a\sqrt{3}}{2}
. Из прямоугольного треугольника
PKM
находим, что
PK=\sqrt{PM^{2}+MK^{2}}=\sqrt{a^{2}+\left(\frac{a\sqrt{3}}{2}\right)^{2}}=\frac{a\sqrt{7}}{2}.

Все 6 боковых граней правильной пирамиды
ABCDEFP
— равные равнобедренные треугольники, поэтому
S=6S_{\triangle ABP}=6\cdot\frac{1}{2}AB\cdot PK=3a\cdot\frac{a\sqrt{7}}{2}=\frac{3a^{2}\sqrt{7}}{2}.

Второй способ. Пусть
ABCDEFP
— данная правильная шестиугольная пирамида с вершиной
P
,
M
— центр правильного шестиугольника
ABCDEF
,
K
— середина
AB
,
S
— площадь боковой поверхности пирамиды. Обозначим
AB=BC=CD=DE=EF=AF=a
.
Поскольку пирамида правильная,
PM
— её высота. Кроме того,
PK\perp AB
и
MK\perp AB
. Значит, угол между боковой гранью и плоскостью основания — это угол
PKM
, а так как
MK
— высота равностороннего треугольника
ABM
со стороной
a
, то
MK=\frac{a\sqrt{3}}{2}
. Из прямоугольного треугольника
PKM
находим, что
\tg\beta=\tg\angle PKM=\frac{PM}{MK}=\frac{a}{\frac{a\sqrt{3}}{2}}=\frac{2}{\sqrt{3}}.

Тогда
\cos\beta=\frac{1}{\sqrt{1+\tg^{2}\beta}}=\frac{1}{\sqrt{1+\frac{4}{3}}}=\frac{\sqrt{3}}{\sqrt{7}}.

Ортогональная проекция боковой поверхности пирамиды
ABCDEFP
на плоскость основания есть правильный шестиугольник
ABCDEF
. Следовательно,
S=\frac{S_{ABCDEF}}{\cos\beta}=\frac{\frac{3a^{2}\sqrt{3}}{2}}{\frac{\sqrt{3}}{\sqrt{7}}}=\frac{3a^{2}\sqrt{7}}{2}.