7091. Сторона основания правильной четырёхугольной пирамиды
ABCDP
(
P
— вершина) равна
4\sqrt{2}
, а угол между соседними боковыми гранями равен
120^{\circ}
. Найдите площадь сечения пирамиды плоскостью, проходящей через диагональ
BD
основания параллельно боковому ребру
CP
.
Ответ.
4\sqrt{6}
.
Указание. Искомое сечение — равнобедренный треугольник, основание которого совпадает с диагональю квадрата
ABCD
, а высота равна половине бокового ребра пирамиды.
Решение. Заметим, что по теореме о трёх перпендикулярах
PC\perp BD
.
Пусть
F
— проекция вершины
B
на боковое ребро
PC
. Поскольку прямая
PC
перпендикулярна двум пересекающимся прямым (
BF
и
BD
), эта прямая перпендикулярна плоскости
BDF
, следовательно,
\angle BFD=120^{\circ}
.
Пусть прямая, проходящая через центр
M
квадрата
ABCD
параллельно боковому ребру
CP
, пересекает боковое ребро
AP
в точке
K
. Тогда плоскость
DBK
параллельна
CP
, поскольку она содержит прямую
MK
, параллельную
CP
. Значит, треугольник
BDK
— искомое сечение. При этом
MK
— средняя линия треугольника
ACP
.
Из прямоугольного треугольника
BMF
находим, что
MF=MB\ctg\angle BFM=\frac{AB}{\sqrt{2}}\cdot\ctg60^{\circ}=\frac{4}{\sqrt{3}}.

Тогда
\sin\angle MCF=\frac{MF}{MC}=\frac{\frac{4}{\sqrt{3}}}{4}=\frac{1}{\sqrt{3}},~\cos\angle MCF=\sqrt{\frac{2}{3}}.

Из прямоугольного треугольника
PMC
находим, что
CP=\frac{MC}{\cos\angle MCF}=\frac{4}{\sqrt{\frac{2}{3}}}=2\sqrt{6}.

Следовательно,
S_{\triangle BDK}=\frac{1}{2}BD\cdot MK=\frac{1}{4}BD\cdot CP=\frac{1}{4}\cdot8\cdot2\sqrt{6}=4\sqrt{6}.