Questão M10 da 2ª fase da FUVEST 2009
A figura representa uma pirâmide ABCDE, cuja base é o retângulo ABCD. Sabe-se que

Nessas condições, determine:
a) A medida de \overline{BP}.
b) A área do trapézio BCQP.
c) O volume da pirâmide BPQCE.
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Resolução comentada
a) Considere o triângulo ABE, com AB=\frac{\sqrt3}{2} e AE=BE=1. Ele é isósceles de base AB. Traçando a altura pelo vértice E, ela divide AB ao meio, então
No triângulo ABP, pela lei dos cossenos:
Logo BP=\sqrt{5/8}, ou seja, BP=\dfrac{\sqrt{10}}{4}.
b) Como AP=DQ=\frac12 e AE=DE=1, P e Q são os pontos médios de AE e DE. Então PQ é base média do triângulo ADE, de modo que PQ\parallel AD\parallel BC e PQ=\frac12. Assim BCQP é um trapézio de bases BC=1 e PQ=\frac12.
Por simetria, CQ=BP=\frac{\sqrt{10}}{4}, então o trapézio é isósceles. Cada lado "sobra" \frac{1-1/2}{2}=\frac14 na base maior, e a altura h é
Área =\dfrac{9}{16}
c) Tome a base BCQP e o vértice E. Falta a distância de E ao plano BCQP. Use coordenadas com A=(0,0,0), B=(\frac{\sqrt3}{2},0,0), D=(0,1,0) e C=(\frac{\sqrt3}{2},1,0).
Como E é equidistante dos quatro vértices, sua projeção é o centro do retângulo, (\frac{\sqrt3}{4},\frac12). A altura z de E vale z^2=1-\left(\frac{3}{16}+\frac14\right)=\frac9{16}, logo z=\frac34 e E=(\frac{\sqrt3}{4},\frac12,\frac34).
Como P é ponto médio de AE, P=(\frac{\sqrt3}{8},\frac14,\frac38).
O plano contém B, C e P. Com \vec{BC}=(0,1,0) e \vec{BP}=(-\frac{3\sqrt3}{8},\frac14,\frac38), o produto vetorial dá a normal (1,0,\sqrt3), e o plano é
Verificação com P: \frac{\sqrt3}{8}+\frac{3\sqrt3}{8}=\frac{\sqrt3}{2} ✓.
Distância de E ao plano:
Volume:
V=\dfrac{3\sqrt3}{64}
Assuntos: geometria espacial, pirâmides, lei dos cossenos.
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