Чтобы найти площадь равнобокой трапеции, в которую можно вписать окружность, нужно воспользоваться свойством, что в такую трапецию можно вписать окружность, если сумма её оснований равна сумме боковых сторон.
Дано:
- угол между боковой стороной и основанием равен 60 градусов
- высота трапеции ( h = 6\sqrt{3} ) см
Обозначим:
- верхнее основание трапеции как ( a )
- нижнее основание как ( b )
- боковые стороны как ( c )
По свойству вписанной окружности:
[ a + b = 2c ]
Высота трапеции ( h ) и угол 60 градусов позволяют нам выразить боковую сторону ( c ). Зная, что угол между боковой стороной и основанием равен 60 градусов, можно использовать тригонометрическую функцию синуса:
[ \sin 60^\circ = \frac{\sqrt{3}}{2} ]
Поскольку ( \sin \theta = \frac{\text{противолежащий катет}}{\text{гипотенуза}} ), где гипотенуза — это боковая сторона ( c ), а противолежащий катет — это высота ( h ):
[ \sin 60^\circ = \frac{h}{c} ]
Подставим известные значения:
[ \frac{\sqrt{3}}{2} = \frac{6\sqrt{3}}{c} ]
Решая это уравнение, найдем ( c ):
[ c = \frac{6\sqrt{3} \times 2}{\sqrt{3}} = 12 ]
Теперь используем свойство для вписанной окружности:
[ a + b = 2c = 24 ]
Поскольку боковая сторона образует равные углы с обоими основаниями, трапеция равнобокая, и можно выразить отрезки на основании, на которые боковые стороны проецируются, через тангенс угла 60 градусов:
[ \tan 60^\circ = \sqrt{3} = \frac{\text{противолежащий катет}}{\text{прилежащий катет}} ]
Противолежащий катет равен высоте ( h = 6\sqrt{3} ), а прилежащий катет — это проекция боковой стороны ( c ) на основание ( b ) (отрезок от основания до точки, где падает перпендикуляр):
[ \sqrt{3} = \frac{6\sqrt{3}}{d} ]
Решая уравнение:
[ d = 6 ]
Это значит, что основание ( b ) делится на три части: две проекции ( d = 6 ) (по бокам) и средняя часть ( a ). Значит:
[ b = 2d + a = 12 + a ]
Используем уравнение для суммы оснований:
[ a + (12 + a) = 24 ]
[ 2a + 12 = 24 ]
[ 2a = 12 ]
[ a = 6 ]
Теперь можем найти площадь трапеции:
[ S = \frac{(a + b) \cdot h}{2} ]
Подставим найденные значения:
[ S = \frac{(6 + 18) \cdot 6\sqrt{3}}{2} = \frac{24 \cdot 6\sqrt{3}}{2} ]
[ S = 72\sqrt{3} ]
Таким образом, площадь трапеции равна ( 72\sqrt{3} ) квадратных сантиметров.