31. Найдите боковую поверхность призмы, у которой основанием является ромб со стороной 10 см и углом в 60° и: а) боковые грани — прямоугольники, меньшая диагональ составляет с основанием угол в 45°; б) все грани — равные ромбы.
а) Поскольку все грани призмы — прямоугольники, то это прямая призма. Учитывая, что в основании лежит ромб, получаем прямой параллелепипед ABCDA1B1C1D1.
С ΔABD по теореме косинусов найдём сторону BD:
BD=AB2+AD2−2AB⋅AD⋅cos∠BAD;
BD=102+102−2⋅10⋅10⋅cos60°=10(см).
С прямоугольного ΔB1BD найдём BB1 — боковое ребро параллелепипеда:
BB1=BD⋅tg∠BDB1=10⋅tg45°=10(см).
Боковая поверхность прямого параллелепипеда равна произведению периметра основания на боковое ребро:
Sбок=2(AB+AD)⋅BB1=2⋅(10+10)⋅10=400(см2).
Найдём объём заданного прямого параллелепипеда по формуле:
V=Sосн⋅BB1=AB⋅AD⋅sin∠BAD⋅BB1;
V=10⋅10⋅sin60°⋅10=1000⋅23=5003(см3).
б) Рассмотрим призму ABCDA1B1C1D1, у которой все грани — равные ромбы.
Поскольку все грани призмы равные ромбы, то боковая поверхность призмы будет равна:
Sбок=4⋅SABCD=4⋅AB⋅AD⋅sin∠BAD;
Sбок=4⋅10⋅10⋅sin60°=400⋅23=2003(см2).
Полная поверхность призмы:
Sпол=6⋅SABCD=6⋅AB⋅AD⋅sin∠BAD;
Sпол=6⋅10⋅10⋅sin60°=600⋅23=3003(см2).
Объём призмы вычисляется по формуле:
V=Sосн⋅h.
Найдём площадь основания:
Sосн=SABCD=AB⋅AD⋅sin∠BAD;
Sосн=10⋅10⋅sin60°=100⋅23=503(см2).
Поскольку острый угол заданных ромбов по условию равен 60°, то ΔABD — равносторонний и меньшие диагонали ромбов равны его стороне, поэтому ABDA1 — треугольная пирамида. Следовательно, высота данной призмы h равна высоте этой пирамиды. Высота пирамиды проектируется в точку пересечения медиан. С прямоугольного ΔAOD найдём медиану OA, учитывая, что OD=21BD=21⋅10=5(см) и ∠AOD=90° (по теореме о медиане равнобедренного треугольника):
AO=AD2−OD2=102−52=75=53(см).
Учитывая, что медианы точкой пересечения N делятся в отношении 1:2, начиная с вершины, находим AN:
AN=32AO=32⋅53=310(см).
Тогда с прямоугольного ΔANA1 находим h — высоту параллелепипеда, применяя теорему Пифагора: