сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word

На столе стоят на ос­но­ва­ни­ях три ко­ну­са, ка­са­ясь друг друга. Вы­со­ты у ко­ну­сов оди­на­ко­вые, а ра­ди­у­сы их ос­но­ва­ний равны 1, 2 и 3. На стол по­ло­жи­ли шар, ка­са­ю­щий­ся всех ко­ну­сов. Ока­за­лось, что центр шара рав­но­уда­лен от всех точек ко­ну­сов. Най­ди­те ра­ди­ус шара.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Пусть O1, O2, O3  — цен­тры ос­но­ва­ний ко­ну­сов, O  — центр шара, R  — ра­ди­ус шара, C  — точка ка­са­ния шара со сто­лом, 2α и 2β — углы при вер­ши­не пер­во­го и вто­ро­го ко­ну­сов, A и B  — точки пе­ре­се­че­ния от­рез­ков C1 и C2 с ос­но­ва­ни­я­ми ко­ну­сов. На верх­нем ри­сун­ке по­ка­за­но се­че­ние пер­во­го ко­ну­са плос­ко­стью COO1. Ка­са­ние шара с пер­вым ко­ну­сом озна­ча­ет, что пер­пен­ди­ку­ляр OE, опу­щен­ный из точки O на об­ра­зу­ю­щую PA, равен R. Дей­стви­тель­но, в этом слу­чае шар и конус ка­са­ют­ся плос­ко­сти, про­хо­дя­щей через об­ра­зу­ю­щую PA пер­пен­ди­ку­ляр­но се­че­нию, и лежат по раз­ные сто­ро­ны от нее. Тогда шар ка­са­ет­ся пря­мых AC и AE в точ­ках C и E, от­ку­да  O C=O E=R,  A C=A E и

 \angle A O C= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби \angle E O C= дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: альфа , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

По­это­му

A C=R умно­жить на тан­генс левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: альфа , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка

и, ана­ло­гич­но,

B C=R умно­жить на тан­генс левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: бета , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка .

По­ло­жим

 \lambda= тан­генс левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: альфа , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка , \quad \mu= тан­генс левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: бета , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка .

Так как O_1 O_2=3, O_1 O_3=4, O_2 O_3=5, тре­уголь­ник O1O2O3 яв­ля­ет­ся пря­мо­уголь­ным. В силу усло­вия точка C рав­но­уда­ле­на от точек ка­са­ния ос­но­ва­ний ко­ну­сов. Тогда C лежит на пе­ре­се­че­нии бис­сек­трис тре­уголь­ни­ка O1O2O3 и, зна­чит, яв­ля­ет­ся цен­тром его впи­сан­ной окруж­но­сти, ра­ди­ус ко­то­рой равен 1. Вы­чис­ляя CO_1 в квад­ра­те и C O_2 в квад­ра­те двумя спо­со­ба­ми, мы по­лу­чим

 си­сте­ма вы­ра­же­ний левая круг­лая скоб­ка 1 плюс \lambda R пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 пра­вая круг­лая скоб­ка = 2 , левая круг­лая скоб­ка 2 плюс \mu R пра­вая круг­лая скоб­ка в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 пра­вая круг­лая скоб­ка = 5 конец си­сте­мы . рав­но­силь­но си­сте­ма вы­ра­же­ний \lambda в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 пра­вая круг­лая скоб­ка R в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс 2 \lambda R = 1, \mu в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 пра­вая круг­лая скоб­ка R в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка 2 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс 4 \mu R = 1 конец си­сте­мы . рав­но­силь­но си­сте­ма вы­ра­же­ний \lambda в квад­ра­те R в квад­ра­те плюс 2 \lambda R минус 1=0, левая круг­лая скоб­ка \lambda в квад­ра­те минус \mu в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка R в квад­ра­те =2 R левая круг­лая скоб­ка 2 \mu минус \lambda пра­вая круг­лая скоб­ка конец си­сте­мы . \qquad левая круг­лая скоб­ка * пра­вая круг­лая скоб­ка

(мы вычли вто­рое урав­не­ние из пер­во­го). За­ме­тим, что

 дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: \lambda конец дроби минус \lambda= дробь: чис­ли­тель: 1 плюс тан­генс дробь: чис­ли­тель: альфа , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби , зна­ме­на­тель: 1 минус тан­генс дробь: чис­ли­тель: альфа , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 1 минус тан­генс дробь: чис­ли­тель: альфа , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби , зна­ме­на­тель: 1 плюс тан­генс дробь: чис­ли­тель: альфа , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 4 тан­генс дробь: чис­ли­тель: альфа , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби , зна­ме­на­тель: 1 минус тан­генс в квад­ра­те дробь: чис­ли­тель: альфа , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби конец дроби =2 тан­генс альфа

и, ана­ло­гич­но,  дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: \mu конец дроби минус \mu=2 тан­генс бета . B силу ра­вен­ства высот ко­ну­сов спра­вед­ли­во со­от­но­ше­ние  тан­генс бета =2 тан­генс альфа . По­это­му

 1 минус \mu в квад­ра­те = дробь: чис­ли­тель: 2 \mu, зна­ме­на­тель: \lambda конец дроби левая круг­лая скоб­ка 1 минус \lambda в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка

и

 \lambda в квад­ра­те минус \mu в квад­ра­те =\lambda в квад­ра­те минус 1 плюс 1 минус \mu в квад­ра­те = дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка 1 минус \lambda в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка 2 \mu минус \lambda пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: \lambda конец дроби .

Вто­рое из урав­не­ний (*) дает

 R= дробь: чис­ли­тель: 2 левая круг­лая скоб­ка 2 \mu минус \lambda пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка \lambda в квад­ра­те минус \mu в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 2 \lambda, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 1 минус \lambda в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби рав­но­силь­но R минус \lambda в квад­ра­те R=2 \lambda.

Из пер­во­го урав­не­ния си­сте­мы (*) вы­те­ка­ет, что \lambda R= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та минус 1. Ис­клю­чая \lambda, мы по­лу­чим

 R минус дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: R конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 2 левая круг­лая скоб­ка ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: R конец дроби рав­но­силь­но R в квад­ра­те = левая круг­лая скоб­ка ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка =1 рав­но­силь­но R=1.

Ответ: 1.