7407. Основание пирамиды — прямоугольник со сторонами
a
и
2a
. Высота пирамиды проходит через середину меньшей стороны основания и равна
a
. Найдите радиус сферы, описанной около пирамиды.
Ответ.
\frac{a\sqrt{89}}{8}
.
Указание. Пусть
PABCD
— четырёхугольная пирамида, основание которой — прямоугольник
ABCD
со сторонами
AB=a
и
AD=2a
, а высота проходит через середину ребра
AB
. Центр сферы лежит на пересечении перпендикуляра к плоскости основания пирамиды, проходящего через центр прямоугольника, с перпендикуляром к плоскости
APB
, проходящим через центр описанной окружности равнобедренного треугольника
APB
.
Решение. Пусть
PABCD
— четырёхугольная пирамида, основание которой — прямоугольник
ABCD
со сторонами
AB=a
и
AD=2a
, а высота
PM
проходит через середину
M
ребра
AB
;
PM=a
,
Q
— центр прямоугольника
ABCD
,
O
— центр описанной сферы,
R
— её радиус.
Точка
O
равноудалена от вершин прямоугольника
ABCD
, значит, она лежит на перпендикуляре к плоскости основания пирамиды, проходящем через центр
Q
прямоугольника. С другой стороны, точка
O
равноудалена от вершин треугольника
APB
, значит, она лежит на перпендикуляре к плоскости
APB
, проходящем через центр
O_{1}
описанной окружности треугольника
APB
.
Пусть
r
— радиус этой окружности. В треугольнике
APB
известно, что
\tg\angle PAB=\frac{PM}{AM}=2,~\cos\angle PAB=\frac{1}{\sqrt{5}},~\sin\angle PAB=\frac{2}{\sqrt{5}},~BP=\frac{a\sqrt{5}}{2},

значит,
O_{1}M=PM-r=PM-\frac{PB}{2\sin\angle PAB}=

=a-\frac{\frac{a\sqrt{5}}{2}}{2\cdot\frac{2}{\sqrt{5}}}=a-\frac{5a}{8}=\frac{3a}{8}.

Прямые
OQ
и
PM
параллельны, так как они перпендикулярны одной и той же плоскости. Аналогично,
OO_{1}\parallel QM
. Значит,
OQ=O_{1}M=\frac{3a}{8},

а так как
AC=\sqrt{AB^{2}+BC^{2}}=a\sqrt{5},~AQ=\frac{1}{2}AC=\frac{a\sqrt{5}}{2},

то из прямоугольного треугольника
AQO
находим, что
R=OA=\sqrt{AQ^{2}+OQ^{2}}=\sqrt{\frac{5a^{2}}{4}+\frac{9a^{2}}{64}}=\frac{a\sqrt{89}}{8}.