В правильной шестиугольной пирамиде \(SABCDEF\) точка \(M\) — середина \(SD\), точка \(K\) — середина \(SA\).
а) Докажите, что прямые \(BK\) и \(CM\) лежат в одной плоскости \(\alpha\).
б) Найдите высоту пирамиды, если угол между \(\alpha\) и плоскостью основания равен \(60^\circ\), а \(AB = 6\).
а) В треугольнике \(SAD\) отрезок \(MK\) соединяет середины сторон \(SD\) и \(SA\), значит это средняя линия:
\[MK \parallel AD, \qquad MK = \frac{1}{2}AD.\]
В правильном шестиугольнике \(ABCDEF\) сторона \(CB\) параллельна большой диагонали \(AD\) и вдвое короче неё:
\[CB \parallel AD, \qquad CB = \frac{1}{2}AD.\]
Значит \(MK \parallel CB\) и \(MK = CB\), то есть четырёхугольник \(MKBC\) — параллелограмм. Отсюда \(BK \parallel CM\), а параллельные прямые всегда лежат в одной плоскости. Обозначим её \(\alpha\).
б) Пусть \(P\) — середина \(BC\), \(R\) — середина \(EF\), \(O\) — центр основания.
Треугольник \(SBC\) равнобедренный, поэтому его медиана \(SP\) является и высотой: \(SP \perp BC\). В правильном шестиугольнике отрезок \(PR\), соединяющий середины противоположных сторон, тоже перпендикулярен \(BC\). Две пересекающиеся прямые плоскости \((SPR)\) перпендикулярны \(BC\), значит
\[BC \perp (SPR).\]
Прямые \(PR\) и \(AD\) пересекаются в центре \(O\), а высота \(SO\) правильной пирамиды лежит и в плоскости \((SPR)\), и в плоскости \((SAD)\).
Пусть \(Q\) — точка пересечения \(KM\) и \(SO\). Отрезок \(QP\) лежит в плоскости \((SPR)\), поэтому \(QP \perp BC\). Прямая \(BC\) — это линия пересечения плоскостей \(\alpha\) и основания, значит \(\angle QPO\) — линейный угол между ними, и по условию он равен \(60^\circ\).
Треугольник \(OBC\) равносторонний со стороной 6, его высота
\[OP = \frac{\sqrt{3}}{2}\cdot 6 = 3\sqrt{3}.\]
Из прямоугольного треугольника \(QOP\):
\[\operatorname{tg}\angle QPO = \frac{QO}{OP} \quad\Longrightarrow\quad QO = 3\sqrt{3}\cdot\operatorname{tg}60^\circ = 3\sqrt{3}\cdot\sqrt{3} = 9.\]
Так как \(KM\) — средняя линия треугольника \(SAD\), точка \(Q\) делит высоту пополам: \(SQ = QO\). Следовательно,
\[SO = 2\,QO = 18.\]
Ответ: б) \(18\).