8807. Высота правильной четырёхугольной пирамиды SABCD
 (S
 — вершина) в \sqrt{3}
 раз больше ребра основания. Точка E
 — середина апофемы, лежащей в грани ASB
. Найдите угол между прямой DE
 и плоскостью ASC
.
Ответ. 45^{\circ}
.
Решение. Пусть SH
 — высота пирамиды, M
 и N
 — середины рёбер AB
 и SA
 соответственно (рис. 1). Положим AB=a
, SH=a\sqrt{3}
. На продолжении ребра CD
 за точку D
 отложим отрезок DP=\frac{1}{4}CD=\frac{1}{4}a
. Так как EN
 — средняя линия треугольника ASM
, то NE\parallel AM\parallel DP
 и NE=\frac{1}{2}AM=\frac{1}{4}a=DP
, значит, четырёхугольник DPNE
 — параллелограмм, поэтому PN=DE
 и PN\parallel DE
. Следовательно, угол \varphi
 между плоскостью ASC
 и прямой DE
 равен углу между между этой плоскостью и прямой PN
.
Плоскость ASC
 проходит через прямую SH
, перпендикулярную к плоскости ABCD
, поэтому плоскости ASC
 и ABCD
 перпендикулярны, значит, перпендикуляр PQ
, опущенный из точки P
 на прямую AC
, есть перпендикуляр к плоскости ASC
. Поэтому расстояние от точки P
 до плоскости ASC
 равно длине отрезка PQ
. Из равнобедренного прямоугольного треугольника CPQ
 находим, что
PQ=\frac{CP}{\sqrt{2}}=\frac{\frac{5}{4}a}{\sqrt{2}}=\frac{5a}{4\sqrt{2}}.
Пусть F
 — ортогональная проекция точки E
 на плоскость основания пирамиды, K
 — середина CD
. Тогда F
 — середина HM
, поэтому
FK=\frac{3}{4}a,~EF=\frac{1}{2}SH=\frac{a\sqrt{3}}{2},
PN=DE=\sqrt{DK^{2}+KF^{2}+EF^{2}}=\sqrt{\frac{a^{2}}{4}+\frac{9}{16}a^{2}+\frac{3}{4}a^{2}}=\frac{5}{4}a.
 Из прямоугольного треугольника PQN
 (рис. 2) находим, что
\sin\varphi=\sin\angle PNQ=\frac{PQ}{PN}=\frac{\frac{5a}{4\sqrt{2}}}{\frac{5}{4}a}=\frac{1}{\sqrt{2}}.
 Следовательно, \varphi=45^{\circ}
.
Источник: Вступительный экзамен в МФТИ. — 1986, билет 1, № 4
Источник: Сборник методических материалов письменных испытаний по математике и физике абитуриентов Московского Физтеха (1947—2006 гг.). Математика / Сост. Д. А. Александров, И. Г. Почернин, И. Г. Проценко, И. Е. Сидорова, В. Б. Трушин, И. Г. Шомполов. Под ред. И. Г. Шомполова. — М.: МФТИ, 2007. — № 86-1-4, с. 272