7169. Основание пирамиды — ромб с острым углом
30^{\circ}
. Боковые грани наклонены к плоскости основания под углом
60^{\circ}
. Найдите объём пирамиды, если радиус вписанного в ромб круга равен
r
.
Ответ.
\frac{8r^{3}\sqrt{3}}{3}
.
Указание. Докажите, что высота пирамиды проходит через центр ромба.
Решение. Пусть
PH
— высота пирамиды
PABCD
, основание которой — ромб
ABCD
с углом
30^{\circ}
при вершине
A
,
PM
— перпендикуляр, опущенный на сторону
BC
. По теореме о трёх перпендикулярах
HM\perp BC
. Значит,
PMH
— линейный угол двугранного угла между боковой гранью
BCP
и плоскостью основания
ABCD
. Поэтому
\angle PMH=60^{\circ}
.
Опустив перпендикуляры из вершины
P
на остальные стороны ромба и рассмотрев полученные прямоугольные треугольники с общим катетом
PH
и противолежащим углом
60^{\circ}
, докажем, что точка
H
равноудалена от всех четырёх прямых, содержащих стороны ромба
ABCD
. Поэтому
H
— центр окружности, вписанной в этот ромб, т. е. точка пересечения его диагоналей.
Опустим перпендикуляр
BF
из вершины ромба на сторону
AD
. Тогда
BF=2r
. Из прямоугольного треугольника
ABF
находим, что
AB=2BF=4r
. Значит,
S_{ABCD}=AD\cdot BF\sin30^{\circ}=AB\cdot BF\sin30^{\circ}=8r^{2}.

Из прямоугольного треугольника
PMH
находим, что
PH=HM\tg60^{\circ}=r\sqrt{3}.

Следовательно,
V_{PABCD}=\frac{1}{3}S_{ABCD}\cdot PH=\frac{1}{3}\cdot8r^{2}\cdot r\sqrt{3}=\frac{8r^{3}\sqrt{3}}{3}.