Конечно, давайте решим эту задачу.
Правильная четырехугольная пирамида имеет квадратное основание и все боковые грани — равнобедренные треугольники. Для начала обозначим стороны квадрата основания как ( a ), боковое ребро как ( l ), а угол между боковым ребром и ребром основания как ( \alpha ).
Шаг 1: Найдите стороны основания ( a )
Из условия задачи боковое ребро пирамиды ( l ) образует угол ( \alpha ) с ребром основания ( a ). Это значит, что треугольник, образованный боковым ребром, половиной диагонали квадрата основания и высотой боковой грани, является прямоугольным треугольником.
Рассмотрим этот треугольник, где:
- Гипотенуза ( l ) — боковое ребро.
- Один из катетов — половина диагонали основания ( \frac{a\sqrt{2}}{2} ).
- Второй катет — высота боковой грани ( h ).
Согласно теореме Пифагора:
[ l^2 = h^2 + \left(\frac{a\sqrt{2}}{2}\right)^2 ]
Из условия задачи:
[ \cos(\alpha) = \frac{\frac{a\sqrt{2}}{2}}{l} ]
[ \frac{a\sqrt{2}}{2l} = \cos(\alpha) ]
[ a = 2l \cos(\alpha) / \sqrt{2} ]
[ a = l \sqrt{2} \cos(\alpha) ]
Шаг 2: Найдите высоту боковой грани ( h )
Используя ту же формулу косинуса:
[ \cos(\alpha) = \frac{\frac{a\sqrt{2}}{2}}{l} ]
[ h = l \sin(\alpha) ]
Шаг 3: Найдите площадь основания ( S_{\text{осн}} )
Площадь квадрата основания:
[ S{\text{осн}} = a^2 = (l \sqrt{2} \cos(\alpha))^2 ]
[ S{\text{осн}} = 2l^2 \cos^2(\alpha) ]
Шаг 4: Найдите площадь одной боковой грани ( S_{\text{бок}} )
Площадь равнобедренного треугольника:
[ S{\text{бок}} = \frac{1}{2} a h ]
[ S{\text{бок}} = \frac{1}{2} (l \sqrt{2} \cos(\alpha)) (l \sin(\alpha)) ]
[ S{\text{бок}} = \frac{1}{2} l^2 \sqrt{2} \cos(\alpha) \sin(\alpha) ]
[ S{\text{бок}} = \frac{1}{2} l^2 \sqrt{2} \cdot \frac{1}{2} \sin(2\alpha) ]
[ S_{\text{бок}} = \frac{1}{4} l^2 \sqrt{2} \sin(2\alpha) ]
Шаг 5: Найдите площадь полной поверхности пирамиды ( S_{\text{пол}} )
Площадь полной поверхности пирамиды состоит из площади основания и четырех боковых граней:
[ S{\text{пол}} = S{\text{осн}} + 4S{\text{бок}} ]
[ S{\text{пол}} = 2l^2 \cos^2(\alpha) + 4 \cdot \frac{1}{4} l^2 \sqrt{2} \sin(2\alpha) ]
[ S_{\text{пол}} = 2l^2 \cos^2(\alpha) + l^2 \sqrt{2} \sin(2\alpha) ]
Таким образом, площадь полной поверхности правильной четырехугольной пирамиды будет:
[ S_{\text{пол}} = 2l^2 \cos^2(\alpha) + l^2 \sqrt{2} \sin(2\alpha) ]
Надеюсь, это поможет вам решить вашу задачу! Удачи!