Zadanie 10 · 5 pkt · otwarte

Pole powierzchni bocznej ostrosłupa z kąta między ścianami

Podstawą ostrosłupa ABCDSABCDS jest kwadrat ABCDABCD⁠. Krawędź boczna SASA jest wysokością ostrosłupa, natomiast krawędź podstawy ma długość 3343\sqrt{34}⁠. Cosinus kąta β\beta między ścianami bocznymi CDSCDS i BCSBCS tego ostrosłupa jest równy (−925)\left(-\frac{9}{25}\right)⁠.

Oblicz pole powierzchni bocznej tego ostrosłupa. Zapisz obliczenia.

Pokaż odpowiedź i rozwiązanieSpróbuj najpierw sam(a), potem sprawdź.

Rozwiązanie krok po kroku

  1. Niech EE będzie spodkiem wysokości ściany BCSBCS poprowadzonej z wierzchołka BB⁠; ściany BCSBCS i CDSCDS są symetryczne względem płaszczyzny ACSACS⁠, więc DE⊥SCDE \perp SC⁠, ∣DE∣=∣BE∣=x|DE| = |BE| = x⁠, a kąt między ścianami to β=∣∡BED∣\beta = |\measuredangle BED|⁠; stosujemy twierdzenie cosinusów w trójkącie BEDBED⁠.

    ∣BD∣2=x2+x2−2x2cos⁡β,(334⋅2)2=x2+x2−2x2⋅(−925)|BD|^2 = x^2 + x^2 - 2x^2\cos\beta, \qquad (3\sqrt{34} \cdot \sqrt{2})^2 = x^2 + x^2 - 2x^2 \cdot \left(-\dfrac{9}{25}\right)

    Do tego miejsca: 1 pkt

  2. Rozwiązujemy równanie, pamiętając, że x>0x > 0⁠.

    612=2x2⋅3425  ⇒  x2=225  ⇒  x=∣BE∣=15612 = 2x^2 \cdot \dfrac{34}{25} \;\Rightarrow\; x^2 = 225 \;\Rightarrow\; x = |BE| = 15

    Do tego miejsca: 2 pkt

  3. Z twierdzenia Pitagorasa w trójkącie prostokątnym BECBEC obliczamy ∣CE∣|CE|⁠.

    ∣CE∣2=(334)2−152=306−225=81,∣CE∣=9|CE|^2 = (3\sqrt{34})^2 - 15^2 = 306 - 225 = 81, \qquad |CE| = 9
  4. Rzutem odcinka SBSB na płaszczyznę podstawy jest ABAB⁠, a AB⊥BCAB \perp BC⁠, więc z twierdzenia o trzech prostych prostopadłych SB⊥BCSB \perp BC⁠; trójkąty prostokątne BCSBCS i ECBECB mają wspólny kąt przy wierzchołku CC⁠, więc są podobne.

    ∣CE∣∣BC∣=∣BC∣∣SC∣\dfrac{|CE|}{|BC|} = \dfrac{|BC|}{|SC|}

    Do tego miejsca: 3 pkt

  5. Obliczamy długość krawędzi SCSC⁠.

    9334=334∣SC∣  ⇒  ∣SC∣=3069=34\dfrac{9}{3\sqrt{34}} = \dfrac{3\sqrt{34}}{|SC|} \;\Rightarrow\; |SC| = \dfrac{306}{9} = 34

    Do tego miejsca: 4 pkt

  6. Z twierdzenia Pitagorasa w trójkącie prostokątnym ACSACS obliczamy wysokość ∣AS∣|AS|⁠.

    ∣AS∣2=342−(334⋅2)2=1156−612=544,∣AS∣=434|AS|^2 = 34^2 - (3\sqrt{34} \cdot \sqrt{2})^2 = 1156 - 612 = 544, \qquad |AS| = 4\sqrt{34}
  7. Ściany ABSABS i ADSADS to przystające trójkąty prostokątne o przyprostokątnych ABAB i ASAS⁠, a ściany BCSBCS i CDSCDS — trójkąty o podstawie SCSC i wysokości BEBE⁠.

    Pb=2⋅12⋅334⋅434+2⋅12⋅15⋅34=408+510=918P_b = 2 \cdot \dfrac{1}{2} \cdot 3\sqrt{34} \cdot 4\sqrt{34} + 2 \cdot \dfrac{1}{2} \cdot 15 \cdot 34 = 408 + 510 = 918

    Do tego miejsca: 5 pkt

Odpowiedź

Pole powierzchni bocznej ostrosłupa jest równe 918918⁠.

Jak to jest punktowane

Za rozwiązanie jest jeden poziom — najwyższy, który spełnia.

  • 5 pktzastosowanie poprawnej metody i poprawny wynik: 918918⁠.
  • 4 pktobliczenie długości krawędzi SCSC i BEBE⁠: ∣SC∣=34|SC| = 34 i ∣BE∣=15|BE| = 15ALBO– obliczenie długości krawędzi SCSC i BSBS⁠: ∣SC∣=34|SC| = 34 i ∣BS∣=534|BS| = 5\sqrt{34}⁠,ALBO– obliczenie długości krawędzi BSBS⁠: ∣BS∣=534|BS| = 5\sqrt{34} i zapisanie, że trójkąt SBCSBC jest prostokątny (albo z rozwiązania wynika, że zdający rozpatruje trójkąt SBCSBC jako prostokątny),ALBO– obliczenie długości krawędzi ASAS i SBSB⁠: ∣AS∣=434|AS| = 4\sqrt{34} i ∣BS∣=534|BS| = 5\sqrt{34}⁠,ALBO– obliczenie długości krawędzi ASAS i SCSC⁠: ∣AS∣=434|AS| = 4\sqrt{34} i ∣SC∣=34|SC| = 34⁠,ALBO– obliczenie długości krawędzi ASAS i BEBE⁠: ∣AS∣=434|AS| = 4\sqrt{34} i ∣BE∣=15|BE| = 15⁠,ALBO– obliczenie długości krawędzi ASAS⁠: ∣AS∣=434|AS| = 4\sqrt{34} i zapisanie, że trójkąt SBCSBC jest prostokątny (albo z rozwiązania wynika, że zdający rozpatruje trójkąt SBCSBC jako prostokątny).
  • 3 pktobliczenie długości odcinka CECE⁠: ∣CE∣=9|CE| = 9 oraz zapisanie równania pozwalającego obliczyć długość jednego z odcinków: SCSC⁠, SBSB⁠, SASA⁠, SESE⁠, np.:∣CE∣∣BC∣=∣BC∣∣SC∣\frac{|CE|}{|BC|} = \frac{|BC|}{|SC|} (∣SC∣|SC| z podobieństwa trójkątów BCSBCS i ECBECB⁠),∣CE∣∣OC∣=∣AC∣∣SC∣\frac{|CE|}{|OC|} = \frac{|AC|}{|SC|} (∣SC∣|SC| z podobieństwa trójkątów ECOECO i ACSACS⁠),∣CE∣∣BE∣=∣BC∣∣SB∣\frac{|CE|}{|BE|} = \frac{|BC|}{|SB|} (∣SB∣|SB| z podobieństwa trójkątów BCSBCS i ECBECB⁠),∣CE∣∣BC∣=∣BE∣∣SB∣\frac{|CE|}{|BC|} = \frac{|BE|}{|SB|} (∣SB∣|SB| z podobieństwa trójkątów ESBESB i EBCEBC⁠),∣CE∣∣OE∣=∣AC∣∣SA∣\frac{|CE|}{|OE|} = \frac{|AC|}{|SA|} (∣SA∣|SA| z podobieństwa trójkątów ECOECO i ACSACS⁠),∣SE∣⋅∣CE∣=∣BE∣2|SE| \cdot |CE| = |BE|^2 (∣SE∣|SE| z podobieństwa trójkątów ESBESB i EBCEBC⁠),ALBO– zapisanie układu dwóch równań z dwiema niewiadomymi, w którym jedną z niewiadomych jest długość krawędzi BSBS⁠, a drugą długość krawędzi SCSC⁠, np. ∣BS∣2+(334)2=∣SC∣2|BS|^2 + (3\sqrt{34})^2 = |SC|^2 i 15334=∣BS∣∣SC∣\frac{15}{3\sqrt{34}} = \frac{|BS|}{|SC|}⁠,ALBO– zapisanie równania z jedną niewiadomą (długością krawędzi BSBS albo długością krawędzi SCSC⁠, albo długością krawędzi ASAS⁠), np. (15∣BS∣)2+(15334)2=1\left(\frac{15}{|BS|}\right)^2 + \left(\frac{15}{3\sqrt{34}}\right)^2 = 1⁠, (334∣SC∣)2+(15334)2=1\left(\frac{3\sqrt{34}}{|SC|}\right)^2 + \left(\frac{15}{3\sqrt{34}}\right)^2 = 1⁠, (6212⋅334⋅2)2+(122∣AS∣)2=1\left(\frac{6\sqrt{2}}{\frac{1}{2} \cdot 3\sqrt{34} \cdot \sqrt{2}}\right)^2 + \left(\frac{12\sqrt{2}}{|AS|}\right)^2 = 1⁠.
  • 2 pktobliczenie długości xx odcinka BEBE (lub DEDE⁠): x=15x = 15ALBO– obliczenie długości yy odcinka EOEO⁠: y=62y = 6\sqrt{2}⁠,ALBO– spełnienie warunku 2) i jednego z warunków 3),4) określonych w zasadach oceniania za 1 punkt.
  • 1 pktspełnienie jednego z poniższych warunków 1)-4):1) obliczenie wartości funkcji trygonometrycznej kąta β2=∣∡BEO∣\frac{\beta}{2} = |\measuredangle BEO| (gdzie OO jest punktem przecięcia przekątnych podstawy ABCDABCD⁠), np.: sin⁡β2=175\sin\frac{\beta}{2} = \frac{\sqrt{17}}{5}⁠, tg⁡β2=344\operatorname{tg}\frac{\beta}{2} = \frac{\sqrt{34}}{4}⁠, cos⁡β2=225\cos\frac{\beta}{2} = \frac{2\sqrt{2}}{5}⁠;2) zastosowanie twierdzenia cosinusów do trójkąta BEDBED i zapisanie równania (334⋅2)2=x2+x2−2x2⋅(−925)(3\sqrt{34} \cdot \sqrt{2})^2 = x^2 + x^2 - 2x^2 \cdot \left(-\frac{9}{25}\right)⁠;3) zdający zapisze, że trójkąt SBCSBC (lub SDCSDC⁠) jest prostokątny i wskaże właściwy wierzchołek kąta prostego lub wynika to z rozwiązania, np.:− zapisze równość wynikającą z twierdzenia Pitagorasa: ∣SC∣2=∣BS∣2+∣BC∣2|SC|^2 = |BS|^2 + |BC|^2⁠,− zapisze, że trójkąty CBSCBS oraz CEBCEB są podobne,− zapisze równość wynikającą z podobieństwa trójkątów CBSCBS oraz CEBCEB⁠, np.: ∣BS∣∣BC∣=∣BE∣∣EC∣\frac{|BS|}{|BC|} = \frac{|BE|}{|EC|}⁠,− zapisze, że trójkąty BESBES oraz CEBCEB są podobne,− zapisze równość wynikającą z podobieństwa trójkątów BESBES oraz CEBCEB⁠, np.: ∣ES∣∣BE∣=∣BE∣∣EC∣\frac{|ES|}{|BE|} = \frac{|BE|}{|EC|}⁠;4) zapisze, że trójkąt OECOEC jest prostokątny lub wynika to z rozwiązania, np.:− zdający zapisze równość ∣OC∣2=∣OE∣2+∣EC∣2|OC|^2 = |OE|^2 + |EC|^2⁠,− zapisze, że trójkąty OECOEC oraz SACSAC są podobne,− zapisze równość wynikającą z podobieństwa trójkątów OECOEC oraz SACSAC⁠, np.: ∣OE∣∣OC∣=∣AS∣∣CS∣\frac{|OE|}{|OC|} = \frac{|AS|}{|CS|}⁠.

Uznawane są też inne sposoby rozwiązania

  • Z podobieństwa trójkątów BCEBCE i BCSBCS mamy ∣BS∣∣BC∣=∣BE∣∣EC∣\frac{|BS|}{|BC|} = \frac{|BE|}{|EC|}⁠, więc ∣BS∣=534|BS| = 5\sqrt{34}⁠, ∣AS∣=434|AS| = 4\sqrt{34} i Pb=334⋅434+534⋅334=918P_b = 3\sqrt{34} \cdot 4\sqrt{34} + 5\sqrt{34} \cdot 3\sqrt{34} = 918⁠.
  • Przez połowę kąta β\beta⁠, dla której cos⁡β2=225\cos\frac{\beta}{2} = \frac{2\sqrt{2}}{5}⁠, tg⁡β2=344\operatorname{tg}\frac{\beta}{2} = \frac{\sqrt{34}}{4}⁠, więc ∣EO∣=62|EO| = 6\sqrt{2} (OO — punkt przecięcia przekątnych podstawy), a z jedynki trygonometrycznej dla równych kątów OCEOCE i SCASCA⁠, czyli z równości (∣EO∣∣OC∣)2+(∣AC∣∣SC∣)2=1\left(\frac{|EO|}{|OC|}\right)^2 + \left(\frac{|AC|}{|SC|}\right)^2 = 1⁠, wynika ∣SC∣=34|SC| = 34⁠; dalej ∣AS∣=434|AS| = 4\sqrt{34} i ∣BS∣=534|BS| = 5\sqrt{34}⁠.

Uwagi z zasad oceniania CKE

  • 1. Jeżeli zdający w rozwiązaniu rozpatruje ostrosłup prawidłowy czworokątny, to otrzymuje co najwyżej 1 punkt (za poprawną interpretację kąta między ścianami bocznymi oraz za zapisanie równania wynikającego z twierdzenia cosinusów dla trójkąta BDEBDE⁠).
  • 2. Jeżeli zdający w rozwiązaniu błędnie interpretuje kąt między ścianami bocznymi BCSBCS i CDSCDS⁠, np. zakłada, że jest to kąt BSDBSD⁠, to może otrzymać co najwyżej 1 punkt (za spełnienie warunku 3) z kryterium za 1 punkt).
  • 3. Jeżeli zdający w rozwiązaniu rozpatruje inną bryłę i nie jest nią ostrosłup prawidłowy czworokątny, to otrzymuje 0 punktów za całe rozwiązanie.

Chcesz rozwiązywać to zadanie z podpowiedziami? Zapisz się na listę oczekujących

Źródło: CKE, matura maj 2025, poziom rozszerzony, zadanie 10