А) Проведём высоту DO и прямую AO. Пирамида будет правильной, если O — центр треугольника ABC.
AD по условию перпендикулярна DB и DC, значит, перепендикулярна плоскости (DBC), а значит, и прямой BC, лежащей в этой плоскости. DO по построению перпендикулярно плоскости (ABC), значит, и прямой BC, лежащей в этой плоскости.
BC перпендикулярна AD и DO, поэтому перпендикулярна плоскости (ADO) и прямой AO ∈ (ADO). Значит, на прямой AO лежит высота треугольника ABC. Аналогично, и на BO лежит высота треугольника ABC. Так как высоты правильного треугольника пересекаются в центре, то O — центр треугольника, а пирамида — правильная.
б) Пирамида правильная, значит, все боковые стороны равны, боковые грани —равнобедренные прямоугольные треугольники. DA = DB = DC = AC * sin(45°) = 5√2.
Рассмотрим треугольники ADC и MDN. Они подобные (угол D общий, MD : AD = ND : CD = 3 : 5) с коэффициентом подобия 3/5, тогда MN = 3/5 * AC = 6.
Рассмотрим треугольник DMB. Он прямоугольный с прямым углом D, DM = 3/5 AD = 3√2, DB = 5√2. По теореме Пифагора MB = √(DM^2 + DB^2) = √2 * √(3^2 + 5^2) = 2√17. Аналогично, BN = 2√17.
Треугольник BMN — равнобедренный с основанием MN = 6 и боковыми рёбрами MB = BN = 2√17. Проведём в нём высоту BX. BX — также медиана, значит, XN = MN/2 = 3.
По теореме Пифагора для треугольника BXN BX = √(BN^2 - XN^2) = √(68 - 9) = √59
Тогда площадь треугольника BMN = 1/2 * BX * MN = 3√59.
Свойство: Средняя линия треугольника соединяет середины двух сторон, параллельна третьей стороне и равна ее половине. EF - средняя линия. Значит АEFВ - трапеция, в которой CВ=2ЕF. Свойство: Если в трапецию вписана окружность, то сумма оснований трапеции равна сумме ее боковых сторон. Итак, ВС+EF=CE+FB. Но EF=(1/2)*ВС, а СЕ+FB=(1/2)*(АВ+АС). Значит (3/2)*ВС=(1/2)*(АВ+АС) или 3ВС=АВ+АС. АВ+АС+ВС=24 (дано). Тогда 4ВС=24, а ВС=6. Sabc=(1/2)*ВC*h=(1/2)*6*8=24.(так как h=2*d=8, поскольку EF - средняя линия и делит h пополам. Половина же высоты - это в нашем случае диаметр вписанной окружности). По Герону: Sabc=√[p(p-a)(p-b)(p-c). Или S²=12(12-a)(12-b)(12-6). То есть 24²=12*6*(12-a)(12-b) или 8=(12-a)(12-b). Но a+b+c=24, а с=6, значит a+b=18. тогда b=18-a. Подставляем это значение в выражение 2=(12-a)(12-b) и получаем: 8=(12-a)(а-6). Имеем квадратное уравнение: а²-18а+80=0, откуда а1=10, а2=8 и b1=8, b2=10.
AD по условию перпендикулярна DB и DC, значит, перепендикулярна плоскости (DBC), а значит, и прямой BC, лежащей в этой плоскости.
DO по построению перпендикулярно плоскости (ABC), значит, и прямой BC, лежащей в этой плоскости.
BC перпендикулярна AD и DO, поэтому перпендикулярна плоскости (ADO) и прямой AO ∈ (ADO). Значит, на прямой AO лежит высота треугольника ABC. Аналогично, и на BO лежит высота треугольника ABC. Так как высоты правильного треугольника пересекаются в центре, то O — центр треугольника, а пирамида — правильная.
б) Пирамида правильная, значит, все боковые стороны равны, боковые грани —равнобедренные прямоугольные треугольники.
DA = DB = DC = AC * sin(45°) = 5√2.
Рассмотрим треугольники ADC и MDN. Они подобные (угол D общий, MD : AD = ND : CD = 3 : 5) с коэффициентом подобия 3/5, тогда MN = 3/5 * AC = 6.
Рассмотрим треугольник DMB. Он прямоугольный с прямым углом D, DM = 3/5 AD = 3√2, DB = 5√2. По теореме Пифагора MB = √(DM^2 + DB^2) = √2 * √(3^2 + 5^2) = 2√17. Аналогично, BN = 2√17.
Треугольник BMN — равнобедренный с основанием MN = 6 и боковыми рёбрами MB = BN = 2√17. Проведём в нём высоту BX. BX — также медиана, значит, XN = MN/2 = 3.
По теореме Пифагора для треугольника BXN
BX = √(BN^2 - XN^2) = √(68 - 9) = √59
Тогда площадь треугольника BMN = 1/2 * BX * MN = 3√59.