Геометрия. 7–9 классы · Атанасян, Бутузов и др.

Задание 1396

Задачи повышенной трудности

Задача 1

Условие (кратко)

В прямоугольной трапеции ABCD меньшее основание AD = 3, боковая сторона CD = 6 не перпендикулярна основаниям, E — середина CD, ∠CBE = α. Найдите площадь трапеции.

Решение
Дано
  • \(ABCD\) — прямоугольная трапеция
  • \(AD \parallel BC\)
  • \(AB \perp BC\)
  • \(AD = 3\)
  • \(CD = 6\)
  • \(E\) — середина \(CD\)
  • \(\angle CBE = \alpha\)
Найти
  • \(S_{ABCD}\)
  1. Введём систему координат: \(B(0; 0)\), луч \(BC\) — ось \(Ox\), луч \(BA\) — ось \(Oy\). Пусть \(BC = x_C\), \(AB = h\); тогда \(C(x_C; 0)\), \(A(0; h)\), \(D(3; h)\), и по формуле координат середины \(E\left(\dfrac{x_C + 3}{2}; \dfrac{h}{2}\right)\).

  2. Пусть \(BE = m\). Луч \(BE\) образует с осью \(Ox\) угол \(\alpha\), поэтому \(\dfrac{x_C + 3}{2} = m\cos\alpha\), \(\dfrac{h}{2} = m\sin\alpha\), то есть \(x_C + 3 = 2m\cos\alpha\), \(h = 2m\sin\alpha\).

  3. Условие \(CD = 6\) означает, что \((x_C - 3)^2 + h^2 = 36\). Подставим \(x_C - 3 = 2m\cos\alpha - 6\):

    \[(2m\cos\alpha - 6)^2 + 4m^2\sin^2\alpha = 36 \Rightarrow 4m^2 - 24m\cos\alpha = 0 \Rightarrow m = 6\cos\alpha.\]

  4. Площадь трапеции: \(S = \dfrac{AD + BC}{2} \cdot AB = \dfrac{(3 + x_C)h}{2} = \dfrac{2m\cos\alpha \cdot 2m\sin\alpha}{2} = 2m^2\sin\alpha\cos\alpha = 72\sin\alpha\cos^3\alpha\).

  5. Замечание: \(BC = 12\cos^2\alpha - 3\) больше \(AD = 3\) при \(\cos^2\alpha > \dfrac{1}{2}\), то есть условие задачи выполнимо при \(0^\circ < \alpha < 45^\circ\). Например, при \(\alpha = 30^\circ\) площадь равна \(72 \cdot \dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{3\sqrt{3}}{8} = \dfrac{27\sqrt{3}}{2} \approx 23{,}38\).

Ответ
S = 72·sin α·cos³α
Почему так

В координатах с началом в B середина E даёт BE = 6cos α, а основания и высота выражаются через BE и угол α.

Подробнее — в теме «Решение треугольников».

Условия задач приведены кратким пересказом. Полный текст — в учебнике «Геометрия. 7–9 классы» (Л. С. Атанасян, В. Ф. Бутузов, С. Б. Кадомцев, Э. Г. Позняк, И. И. Юдина; Просвещение, 2023, 2024).

Нашли ошибку?

Опечатка, неверный ответ, непонятное объяснение — напишите, что не так. Мы проверим и исправим.