7534. Два равных конуса с общей вершиной D
 расположены по разные стороны от плоскости \alpha
 и касаются этой плоскости по образующим DE
 и DF
 соответственно. Известно, что угол EDF
 равен \varphi
, а угол между прямой пересечения плоскостей оснований конусов и плоскостью \alpha
 равен \beta
. Найдите угол между высотой и образующей каждого конуса.
Ответ. \arctg\frac{\sin\frac{\varphi}{2}}{\tg\beta}
.
Указание. Опишите около конусов равные треугольные пирамиды ABDH
 с основанием ABD
 и KLDS
 с основанием KLD
 («каркасы» конусов) так, чтобы точки H
 и S
 лежали на перпендикуляре к плоскости \alpha
, причём
HD=SD,AD=BD=KD=LD,
 точки E
 и F
 — середины отрезков AB
 и KL
 соответственно, а окружности оснований конусов были бы вписаны в треугольники AHB
 и KSL
.
Решение. Опишем около конусов равные треугольные пирамиды ABDH
 с основанием ABD
 и KLDS
 с основанием KLD
 («каркасы» конусов) так, чтобы точки H
 и S
 лежали на перпендикуляре к плоскости \alpha
, причём
HD=SD,AD=BD=KD=LD,
 точки E
 и F
 — середины отрезков AB
 и KL
 соответственно, а окружности оснований конусов были бы вписаны в треугольники AHB
 и KSL
.
Прямая l
 пересечения плоскостей оснований конусов, т. е. плоскостей AHB
 и KSL
, проходит через точку T
 пересечения прямых AB
 и KL
. Пусть M
 и N
 — точки пересечения прямой l
 с прямыми HE
 и SF
; P
 и Q
 — ортогональные проекции точек M
 и N
 на плоскость \alpha
. Тогда точки P
 и Q
 лежат на лучах DE
 и DF
 соответственно. Поэтому
\angle MTP=\angle NTQ=\beta,~\angle PDQ=\angle EDF=\varphi.
 Пусть \gamma
 — искомый угол между высотой DO
 и образующей DE
 конуса, вписанного в пирамиду ABDH
. Тогда \angle DHE=\angle ODE=\gamma
. Пусть DE=1
. Тогда
DT=\frac{DE}{\cos\angle EDT}=\frac{1}{\cos\frac{\varphi}{2}},~DP=\frac{DT}{\cos\angle TDP}=\frac{DT}{\cos\frac{\varphi}{2}}=\frac{1}{\cos^{2}\frac{\varphi}{2}},
PT=DT\tg\angle TDP=DT\tg\frac{\varphi}{2}=\frac{\tg\frac{\varphi}{2}}{\cos\frac{\varphi}{2}},~PE=DP-DE=\frac{1}{\cos^{2}\frac{\varphi}{2}}-1=\tg^{2}\frac{\varphi}{2}.
 Из прямоугольных треугольников MPE
 и MPT
 находим, что
PM=\frac{PE}{\tg\angle PME}=\frac{PE}{\tg\gamma}=\frac{\tg^{2}\frac{\varphi}{2}}{\tg\gamma},
\tg\beta=\tg\angle PTM=\frac{PM}{PT}=\frac{\frac{\tg^{2}\frac{\varphi}{2}}{\tg\gamma}}{\frac{\tg\frac{\varphi}{2}}{\cos\frac{\varphi}{2}}}=\frac{\sin\frac{\varphi}{2}}{\tg\gamma}.
 Следовательно, \tg\gamma=\frac{\sin\frac{\varphi}{2}}{\tg\beta}
.
Примечание. См. статью И.Г.Габовича «Конусы в каркасах», Квант, 1977, N2, с.47-49.
Источник: Вступительный экзамен на физический факультет МГУ. — 1980, вариант 2, № 6
Источник: Нестеренко Ю. В., Олехник С. Н., Потапов М. К. Задачи вступительных экзаменов по математике. — М.: Наука, 1986. — с. 32