Rysunek pomocniczy:
Oznaczmy:
∣AD∣=d
∣AB∣=∣BC∣=∣AC∣=a
∣AE∣=∣EB∣=∣BG∣=∣GC∣=∣CF∣=∣AF∣=21a
∣AG∣=∣CE∣=∣BF∣=hp=2a3
∣SO∣=H
∣AS∣=∣BS∣=∣CS∣=b
Zauważmy, że
∣∢ASF∣=∣∢FSC∣=α
Korzystając z funkcji trygonometrycznych dla trójkąta AFS otrzymujemy:
∣AS∣∣AF∣=sinα
b21a=sinα
21a=bsinα ∣:sinα
sinα21a=b
2sinαa=b
oraz
hb21a=tgα
21a=hbtgα
tgα21a=hb
2tgαa=hb
Korzystając ze wzoru na pole trójkąta dla trójkąta ABS otrzymujemy:
PABS=21⋅a⋅hb=21⋅a⋅2tgαa=4tgαa2
Z drugiej strony otrzymujemy:
PABS=21⋅b⋅d=21⋅2sinαa⋅d=4sinαad
Zatem:
4tgαa2=4sinαad ∣:4a
tgαa=sinαd ∣⋅tgα
a=sinαdtgα
a=sinαd⋅cosαsinα
a=cosαd
Korzystając z tw. Pitagorasa dla trójkąta AOS otrzymujemy:
(32hp)2+H2=b2
(32⋅2a3)2+H2=(2sinαa)2
(3a3)2+H2=4sin2αa2
93a2+H2=4sin2αa2
31a2+H2=a2⋅4sin2α1
31⋅(cosαd)2+H2=(cosαd)2⋅4sin2α1
31⋅cos2αd2+H2=cos2αd2⋅4sin2α1
3cos2αd2+H2=4sin2αcos2αd2 ∣−3cos2αd2
H2=12sin2αcos2α3d2−12sin2αcos2α4d2sin2α
H2=12sin2αcos2αd2(3−4sin2α)
H2=36sin2αcos2αd2(9−12sin2α)
H=6sinαcosαd⋅9−12sin2α
Obliczmy objętość tego ostrosłupa.
V=31⋅Pp⋅H
V=31⋅4a23⋅H
V=31⋅4(cosαd)23⋅6sinαcosαd⋅9−12sin2α
V=31⋅4cos2αd23⋅6sinαcosαd⋅9−12sin2α
V=3⋅24sinαcos3αd33⋅3⋅3−4sin2α
V=24sinαcos3αd33−4sin2α
V=12⋅2sinαcosα⋅cos2αd33sin2α+3cos2α−4sin2α
V=12sin2αcos2αd33cos2α−sin2α
V=d312sin2αcos2α3cos2α−(1−cos2α)
V=12sin2αcos2αd33cos2α−1+cos2α
V=12sin2αcos2αd34cos2α−1