Чтобы решить задачу, давайте разберем ее шаг за шагом.
1. **Понимание условий задачи**:
- У нас есть квадрат ABCD, в котором стороны равны. Обозначим длину стороны квадрата как a.
- Прямая MD перпендикулярна плоскости квадрата ABCD и имеет длину, равную стороне квадрата AD, то есть MD = a.
- Точка M находится над центром квадрата ABCD, и прямая MD идет вертикально вверх от этой точки.
2. **Определение положения точек**:
- Пусть точка M находится над центром квадрата ABCD, который обозначим как O. Тогда O - это точка пересечения диагоналей квадрата.
- Координаты точек квадрата можно задать следующим образом: A(0, 0), B(a, 0), C(a, a), D(0, a).
- Точка O будет иметь координаты (a/2, a/2), а точка M будет находиться на высоте a над этой точкой, то есть M(a/2, a/2, a).
3. **Определение точки B**:
- Точка B имеет координаты (a, 0, 0).
4. **Нахождение вектора MB**:
- Вектор MB можно найти, вычитая координаты точки M из координат точки B:
- MB = B - M = (a, 0, 0) - (a/2, a/2, a) = (a - a/2, 0 - a/2, 0 - a) = (a/2, -a/2, -a).
5. **Определение угла между вектором MB и плоскостью ABC**:
- Плоскость ABC имеет нормальный вектор, направленный вверх, и его можно представить как (0, 0, 1).
- Чтобы найти угол между вектором MB и плоскостью ABC, нужно использовать формулу:
- cos(θ) = (n * MB) / (|n| * |MB|), где n - нормальный вектор плоскости, а MB - вектор, который мы нашли.
6. **Вычисление длины вектора MB**:
- Длина вектора MB = √((a/2)² + (-a/2)² + (-a)²) = √(a²/4 + a²/4 + a²) = √(a²/2 + a²) = √(3a²/2) = a√(3/2).
7. **Вычисление скалярного произведения**:
- Скалярное произведение n и MB = (0, 0, 1) * (a/2, -a/2, -a) = 0 * (a/2) + 0 * (-a/2) + 1 * (-a) = -a.
8. **Вычисление угла**:
- Теперь подставим все в формулу:
- cos(θ) = -a / (1 * a√(3/2)) = -1 / √(3/2) = -√(2/3).
9. **Итог**:
- Таким образом, угол θ, который образует прямая MB с плоскостью ABC, равен:
- θ = arccos(-√(2/3)).
Ответ: угол, образуемый прямой MB с плоскостью ABC, равен arccos(-√(2/3)).