В основании четырёхугольной пирамиды `SABCD` лежит...

Создано: 22 апреля 2026 г.

Отвечено с использованием GPT-5.4 Thinking от Chat01

Вопрос

В основании четырёхугольной пирамиды SABCD лежит параллелограмм ABCD. Площадь грани SAB равна Q, а расстояние от точки C до этой плоскости равна h. Докажите, что обём пирамиды равен 23Qh\frac{2}{3}Qh. Реши без векторного произведения, используя базовые свойства векторов в пространстве

Мысль

Thought for a few seconds

Ответ

Обозначим через Π\Pi плоскость грани SABSAB.

Нужно доказать, что

VSABCD=23Qh.V_{SABCD}=\frac23 Qh.

Здесь Q=SSABQ=S_{\triangle SAB}, а hh — расстояние от точки CC до плоскости Π\Pi.


1. Разобьём пирамиду на две тетраэдра

Так как основание ABCDABCD — параллелограмм, диагональ ACAC делит его на два равновеликих треугольника:

SABC=SACD.S_{\triangle ABC}=S_{\triangle ACD}.

Поэтому пирамиду SABCDSABCD можно представить как сумму двух тетраэдров:

SABCD=SABCSACD.SABCD = SABC \cup SACD.

Значит,

VSABCD=VSABC+VSACD.V_{SABCD}=V_{SABC}+V_{SACD}.

2. Объём тетраэдра SABCSABC

У тетраэдра SABCSABC возьмём основанием грань SABSAB.
Её площадь равна QQ.

Точка CC является четвёртой вершиной, а расстояние от неё до плоскости SABSAB по условию равно hh.
Следовательно,

VSABC=13Qh.V_{SABC}=\frac13 Qh.

3. Объём тетраэдра SACDSACD

Теперь рассмотрим тетраэдр SACDSACD. Покажем, что его объём тоже равен 13Qh\frac13 Qh.

Возьмём в качестве основания треугольник SACSAC. Тогда

VSABC=13SSACd(B,σ),V_{SABC}=\frac13 S_{\triangle SAC}\cdot d(B,\sigma), VSACD=13SSACd(D,σ),V_{SACD}=\frac13 S_{\triangle SAC}\cdot d(D,\sigma),

где σ\sigma — плоскость SACSAC.

Значит, достаточно доказать, что

d(B,σ)=d(D,σ).d(B,\sigma)=d(D,\sigma).

4. Почему расстояния от BB и DD до плоскости SACSAC равны

Так как ABCDABCD — параллелограмм, его диагонали пересекаются и делятся пополам. Пусть OO — точка пересечения диагоналей. Тогда

OB=OD.\vec{OB}=-\vec{OD}.

Кроме того, точки A,O,CA,O,C лежат на одной прямой, значит OACO\in AC, а потому OO лежит в плоскости σ=SAC\sigma=SAC.

Плоскость σ\sigma, проходящая через точку OO, обладает таким свойством: если для двух точек

OX=OY,\vec{OX}=-\vec{OY},

то их расстояния до этой плоскости равны.
Действительно, у точек, симметричных относительно OO, проекции на нормаль к плоскости отличаются только знаком, значит модули этих проекций равны.

Применяя это к точкам BB и DD, получаем

d(B,σ)=d(D,σ).d(B,\sigma)=d(D,\sigma).

Следовательно,

VSABC=VSACD.V_{SABC}=V_{SACD}.

Но уже найдено, что

VSABC=13Qh.V_{SABC}=\frac13 Qh.

Значит,

VSACD=13Qh.V_{SACD}=\frac13 Qh.

5. Складываем объёмы

Итак,

VSABCD=VSABC+VSACD=13Qh+13Qh=23Qh.V_{SABCD}=V_{SABC}+V_{SACD} =\frac13 Qh+\frac13 Qh =\frac23 Qh.

Что и требовалось доказать:

VSABCD=23Qh.\boxed{V_{SABCD}=\frac23 Qh}.

Если хочешь, я могу ещё привести совсем короткое решение в 5 строк или оформить это как строгое олимпиадное доказательство.

Поделиться этим Q&A