7168. Каждая из боковых граней треугольной пирамиды образует с плоскостью основания угол в
60^{\circ}
. Стороны основания равны 10, 10, 12. Найдите объём пирамиды.
Ответ.
48\sqrt{3}
,
192\sqrt{3}
,
128\sqrt{3}
,
128\sqrt{3}
.
Указание. Высота данной пирамиды проходит либо через центр вписанной окружности, либо через центр одной из вневписанных окружностей треугольника основания.
Решение. Пусть
DH
— высота треугольной пирамиды
ABCD
, боковые грани
ABD
,
BCD
и
ACD
которой, образуют углы по
60^{\circ}
с плоскостью основания
ABC
. Точка
H
равноудалена от прямых
AB
,
BC
и
AC
, поэтому
H
— либо центр вписанной окружности, либо центр одной из вневписанных окружностей треугольника
ABC
.
Пусть
r
— радиус вписанной окружности треугольника
ABC
;
r_{c}
,
r_{a}
,
r_{b}
— радиусы вневписанных окружностей, касающихся сторон
AB=10
,
BC=10
и
AC=12
соответственно,
p
— полупериметр треугольника
ABC
,
S
— его площадь. Тогда
S=\frac{1}{2}AC\cdot\sqrt{AB^{2}-\frac{1}{4}AC^{2}}=\frac{1}{2}\cdot12\cdot8=48,

r=\frac{S}{p}=\frac{48}{16}=3,

r_{c}=\frac{S}{p-AB}=\frac{48}{16-10}=\frac{48}{6}=8,

r_{a}=\frac{S}{p-BC}=\frac{48}{16-10}=\frac{48}{6}=8,

r_{b}=\frac{S}{p-AC}=\frac{48}{16-12}=\frac{48}{4}=12

(см. задачи 452 и 392).
Рассмотрим случай, когда
H
— центр вписанной окружности треугольника
ABC
. Пусть
M
— основание перпендикуляра, опущенного из вершины
D
на прямую
AC
, причём точка
M
лежит на отрезке
AC
. Тогда
\angle DMH=60^{\circ}
,
MH=R=3
. Из прямоугольного треугольника
DMH
находим, что
DH=MH\tg60^{\circ}=3\sqrt{3}.

Следовательно,
V_{ABCD}=\frac{1}{3}\cdot S\cdot DH=\frac{1}{3}\cdot48\cdot3\sqrt{3}=48\sqrt{3}.

Если
H
— центр вневписанной окружности, то аналогично находим, что
V_{ABCD}=\frac{1}{3}Sr_{c}\sqrt{3}=128\sqrt{3},~V_{ABCD}=\frac{1}{3}Sr_{a}\sqrt{3}=128\sqrt{3},

V_{ABCD}=\frac{1}{3}Sr_{b}\sqrt{3}=192\sqrt{3}.