7408. Основание пирамиды — прямоугольный треугольник с гипотенузой
a
и острым углом
30^{\circ}
. Высота пирамиды проходит через середину наименьшей из сторон основания и равна
a
. Найдите радиус описанной сферы.
Ответ.
\frac{a\sqrt{481}}{32}
.
Указание. Пусть
PABC
— треугольная пирамида, основание которой — прямоугольный треугольник
ABC
с гипотенузой
AB=a
и углом при вершине
A
, равным
30^{\circ}
, а высота
PM
проходит через середину
M
ребра
BC=\frac{1}{2}a
;
PM=a
,
Q
— центр описанной окружности треугольника
ABC
(середина гипотенузы
AB
).
Точка
O
лежит на пересечении перпендикуляра к плоскости основания пирамиды, проходящего через середину гипотенузы
AB
, с перпендикуляром к плоскости
BPC
, проходящим через центр описанной окружности треугольника
BPC
.
Решение. Пусть
PABC
— треугольная пирамида, основание которой — прямоугольный треугольник
ABC
с гипотенузой
AB=a
и углом при вершине
A
, равным
30^{\circ}
, а высота
PM
проходит через середину
M
ребра
BC=\frac{1}{2}a
;
PM=a
,
Q
— центр описанной окружности треугольника
ABC
(середина гипотенузы
AB
),
O
— центр описанной сферы,
R
— радиус этой сферы.
Точка
O
равноудалена от вершин треугольника
ABC
, значит, она лежит на перпендикуляре к плоскости основания пирамиды, проходящем через середину
Q
гипотенузы
AB
. С другой стороны, точка
O
равноудалена от вершин треугольника
BPC
, значит, она лежит на перпендикуляре к плоскости
BPC
, проходящем через центр
O_{1}
описанной окружности треугольника
BPC
.
Пусть
r
— радиус этой окружности. В треугольнике
BPC
известно, что
\tg\angle PBC=\frac{PM}{BM}=4,~\cos\angle PBC=\frac{1}{\sqrt{17}},~\sin\angle PBC=\frac{4}{\sqrt{17}},~PC=\frac{a\sqrt{17}}{4},

значит,
O_{1}M=PM-r=PM-\frac{PC}{2\sin\angle PBC}=a-\frac{\frac{a\sqrt{17}}{4}}{2\cdot\frac{4}{\sqrt{17}}}=a-\frac{17a}{32}=\frac{15a}{32}.

Прямые
OQ
и
PM
параллельны, так как они перпендикулярны одной и той же плоскости. Аналогично,
OO_{1}\parallel QM
. Поэтому
OQ=O_{1}M=\frac{15a}{32},

а так как
AQ=\frac{1}{2}AB=\frac{a}{2},

то из прямоугольного треугольника
AQO
находим, что
R=OA=\sqrt{AQ^{2}+OQ^{2}}=\sqrt{\frac{a^{2}}{4}+\frac{225a^{2}}{1024}}=\frac{a\sqrt{481}}{32}.