Конечно, давайте разберёмся с задачей.
Определим, что дано:
- S abcd - правильная пирамида, то есть основание является правильным многоугольником (в данном случае квадратом), а вершина находится над центром основания.
- Sa = 4 см - длина бокового ребра.
- Угол sad = 45 градусов - угол между боковым ребром и основанием.
Найти:
- So - высоту пирамиды.
- Sбок - площадь боковой поверхности пирамиды.
Определение высоты пирамиды (So)
Для удобства введём обозначения:
- ( O ) - центр основания пирамиды.
- ( a ) - длина стороны основания квадрата (abcd).
- ( h ) - высота пирамиды (So).
Треугольник ( SAO ) является прямоугольным, так как ( SO ) перпендикулярен плоскости основания ( abcd ). В нём:
- ( SA ) - гипотенуза.
- ( SO ) - высота пирамиды.
- ( OA ) - половина диагонали квадрата ( abcd ).
Диагональ квадрата с длиной стороны ( a ) равна ( a\sqrt{2} ). Половина диагонали ( OA ) равна ( \frac{a\sqrt{2}}{2} ).
По условию угол ( \angle SAD = 45^\circ ). В треугольнике ( SAO ):
[ \tan(45^\circ) = \frac{OA}{SO} ]
Так как ( \tan(45^\circ) = 1 ):
[ 1 = \frac{OA}{SO} ]
Следовательно,
[ SO = OA ]
Теперь найдём ( OA ):
[ OA = \frac{a\sqrt{2}}{2} ]
Подставим в формулу:
[ SO = \frac{a\sqrt{2}}{2} ]
Но нам нужно выразить ( SO ) через ( SA ) (4 см). Так как в правильной пирамиде ( SA ) является гипотенузой треугольника ( SAO ), то по теореме Пифагора:
[ SA^2 = SO^2 + OA^2 ]
Подставим известные значения:
[ 4^2 = SO^2 + \left( \frac{a\sqrt{2}}{2} \right)^2 ]
Решим уравнение относительно ( SO ):
[ 16 = SO^2 + \frac{a^2}{2} ]
Поскольку ( \frac{a^2}{2} = SO^2 ) (из уравнения ( 1 = \frac{OA}{SO} )):
[ 16 = 2SO^2 ]
[ SO^2 = 8 ]
[ SO = \sqrt{8} ]
[ SO = 2\sqrt{2} \text{ см} ]
Нахождение площади боковой поверхности (Sбок)
Боковая поверхность правильной пирамиды состоит из 4 равных треугольников. Площадь одного треугольника:
[ S_{\text{треугольника}} = \frac{1}{2} \cdot основание \cdot высоту ]
Основание каждого треугольника - сторона квадрата ( a ). Высота треугольника - отрезок, проведённый от вершины пирамиды перпендикулярно к середине стороны квадрата (апофема).
Для нахождения апофемы (высоты треугольника) воспользуемся треугольником ( SAO ):
[ \text{апофема} = \sqrt{SA^2 - SO^2} ]
[ \text{апофема} = \sqrt{4^2 - (2\sqrt{2})^2} ]
[ \text{апофема} = \sqrt{16 - 8} ]
[ \text{апофема} = \sqrt{8} ]
[ \text{апофема} = 2\sqrt{2} ]
Площадь одного треугольника:
[ S_{\text{треугольника}} = \frac{1}{2} \cdot a \cdot 2\sqrt{2} ]
[ S_{\text{треугольника}} = a\sqrt{2} ]
Теперь умножим на 4, чтобы получить общую площадь боковой поверхности:
[ S_{\text{бок}} = 4a\sqrt{2} ]
Площадь боковой поверхности будет равна:
[ S_{\text{бок}} = 4a\sqrt{2} \text{ см}^2 ]
Таким образом, высота пирамиды ( SO ) равна ( 2\sqrt{2} ) см, а площадь боковой поверхности ( S_{\text{бок}} ) равна ( 4a\sqrt{2} ) см².