В правильной треугольной пирамиде боковое ребро образует угол 60 градусов с плоскостью основания. Какой объем этой пирамиды, если радиус описанной вокруг нее сферы равен R?
Геометрия11 классОбъем правильной треугольной пирамидыправильная треугольная пирамидаугол 60 градусовобъём пирамидырадиус описанной сферыгеометрия 11 класс
Чтобы найти объем правильной треугольной пирамиды, нам нужно воспользоваться известной формулой для объема пирамиды:
V = (1/3) * S_основания * h
где V - объем пирамиды, S_основания - площадь основания, а h - высота пирамиды.
В данной задаче нам известен радиус описанной вокруг пирамиды сферы R и угол между боковым ребром и плоскостью основания, равный 60 градусов. Сначала найдем высоту пирамиды h с помощью радиуса R.
Для правильной треугольной пирамиды, радиус описанной сферы R связан с высотой h и радиусом основания r следующим образом:
R = (h/3) + r
Теперь, чтобы выразить h, нам нужно найти r. Радиус описанной окружности правильного треугольника со стороной a можно найти по формуле:
r = a / (sqrt(3))
Теперь давайте рассмотрим боковое ребро. Угол между боковым ребром и плоскостью основания равен 60 градусов. Это означает, что мы можем использовать тригонометрию для нахождения высоты h:
h = R * cos(60°)
Так как cos(60°) = 0.5, мы можем записать:
h = R * 0.5 = R/2
Теперь подставим это значение h в формулу для R:
R = (R/2)/3 + r
Упрощая, получаем:
R = R/6 + r
Отсюда можно выразить r:
r = R - R/6 = (5R)/6
Теперь, зная r, можем найти сторону a основания:
r = a / (sqrt(3))
Подставим значение r:
(5R)/6 = a / (sqrt(3))
Отсюда находим a:
a = (5R * sqrt(3))/6
Теперь найдем площадь основания S_основания правильного треугольника:
S_основания = (sqrt(3)/4) * a^2
Подставим a:
S_основания = (sqrt(3)/4) * ((5R * sqrt(3))/6)^2
Упрощая, получаем:
S_основания = (sqrt(3)/4) * (25R^2 * 3)/36 = (75R^2 * sqrt(3))/144
Теперь подставим S_основания и h в формулу для объема V:
V = (1/3) * S_основания * h
Подставляем:
V = (1/3) * ((75R^2 * sqrt(3))/144) * (R/2)
Упрощаем:
V = (75R^3 * sqrt(3))/(864)
Таким образом, объем правильной треугольной пирамиды, где боковое ребро образует угол 60 градусов с плоскостью основания и радиус описанной сферы равен R, равен:
V = (75R^3 * sqrt(3))/864