Рассмотри рисунок и реши задачу. Из точки S опущен перпендикуляр SB к плоскости прямоугольного треугольника ABC. Наклонные SA и SC образуют с плоскостью (ABC) углы 30°и 45° соответственно. Найди тангенс угла между прямой SA и плоскостью (SBC), если SB=5.
Решение
1) Установим систему координат
- Плоскость ABC: z = 0.
- Точка B в начале: B = (0, 0, 0).
- SB перпендикулярна плоскости и равно 5: S = (0, 0, 5).
2) Используем углы между прямиками SA, SC и плоскостью ABC
- Наклон SA к плоскости ABC равен 30°. Тогда горизонтальное расстояние от S до проекции A на плоскость (то есть от S до A в плоскости z = 0) равно:
sqrt(x_A^2 + y_A^2) = SB / tan 30° = 5 / (1/√3) = 5√3.
Следовательно AB = sqrt(x_A^2 + y_A^2) = 5√3.
- Наклон SC к плоскости ABC равен 45°. Аналогично:
sqrt(x_C^2 + y_C^2) = SB / tan 45° = 5 / 1 = 5.
Следовательно BC = sqrt(x_C^2 + y_C^2) = 5.
3) Дополнительно используем условие о прямоугольнике ABC
- ABC — прямоугольный треугольник с правым углом в B, значит векторы AB и BC в плоскости взаимно перпендикулярны:
A · C = 0, где A = (x_A, y_A, 0), C = (x_C, y_C, 0).
- Тогда модуль вектора A и C: |A| = AB = 5√3, |C| = BC = 5, и угол между A и C равен 90°.
4) Плоскость SBC и её нормаль
- Вектор SB = (0, 0, 5) и BC = (x_C, y_C, 0).
- Нормаль плоскости SBC пропорциональна SB × BC = (-5 y_C, 5 x_C, 0).
Нормаль вектор n имеет модуль |n| = 5√(x_C^2 + y_C^2) = 5·5 = 25.
5) Вектор SA
- SA = A − S = (x_A, y_A, 0 − 5) = (x_A, y_A, −5).
- Модуль |SA|^2 = x_A^2 + y_A^2 + 25 = |A|^2 + 25 = (5√3)^2 + 25 = 75 + 25 = 100 ⇒ |SA| = 10.
6) Складываем всё вместе для tan угла между SA и плоскостью SBC
- Скорость проекции SA на нормаль: v · n̂, где n̂ — единичная нормаль к плоскости SBC.
Сначала v · n = SA · n = (x_A, y_A, −5) · (−5 y_C, 5 x_C, 0) = −5 x_A y_C + 5 y_A x_C = −5 (A_x y_C − A_y x_C) = −5 (A × C)_z.
- Поскольку AB ⟂ BC, угол между A и C равен 90°, значит |(A × C)_z| = |A||C| = (5√3)·5 = 25√3.
Отсюда |v · n| = 5 · 25√3 = 125√3.
- Так как |n| = 25, то v · n̂ = (v · n)/|n| = 125√3 / 25 = 5√3.
- Тогда tan угла θ между SA и плоскостью SBC:
tan θ = |v · n̂| / sqrt(|v|^2 − (v · n̂)^2) = (5√3) / sqrt(100 − 75) = (5√3) / 5 = √3.
Ответ: tan угла между SA и плоскостью (SBC) равен √3.