обозначаем длину AO за x, получаем два прямоугольных треугольника AOB и AOD. В котором роль общего катета играет AO, гипотенузы (наклонные) известны, а OB и OD могут быть найдены по теореме Пифагора:
OB = корень(AB^2 - x^2) = корень(15*15-x*x)
OD = корень(AD^2 - x^2) = корень(20*20-x*x)
их отношение известно, то есть можем составить уравнение
Введём трёхмерную систему координат с началом в точке В таким образом, что ось Х совпадает с ребром ВА, ось Y -- с ребром ВС, ось Z -- с ребром ВВ₁.
Длину ребра куба положим равной 12 (12 делится нацело и на 3, и на 4), чтобы не только вершины куба, но и точки M и N имели целочисленные координаты.
Определим координаты точек M, N, A и С₁:
M (12; 0; 8), N (0; 9; 0), A (12; 0; 0), С₁ (0; 12; 12).
Определим координаты векторов MN и AС₁:
MN (-12; 9; -8), AС₁ (-12; 12; 12).
cos φ = MN·AС₁ / |MN|·|AС₁| = -12·(-12)+9·12-8·12 / √((-12)²+9²+(-8)²)·√((-12)²+12²+12²) = 12·13 / 17·12√3 = 13/17√3 = 13√3/51
обозначаем длину AO за x, получаем два прямоугольных треугольника AOB и AOD. В котором роль общего катета играет AO, гипотенузы (наклонные) известны, а OB и OD могут быть найдены по теореме Пифагора:
OB = корень(AB^2 - x^2) = корень(15*15-x*x)
OD = корень(AD^2 - x^2) = корень(20*20-x*x)
их отношение известно, то есть можем составить уравнение
корень(15*15-x*x)/корень(20*20-x*x) = 9/16
Попробуем преобразовать это уравнение и решить:
(1) возводим в квадрат обе стороны
(15*15-x*x)/(20*20-x*x) = (9*9)/(16*16)
умножаем на (20*20-x*x) и (16*16)
(16*16)*(15*15-x*x) = (9*9)*(20*20-x*x)
раскрываем скобки
16*16*15*15 - 16*16*x*x = 9*9*20*20 - 9*9*x*x
прибавляем к обеим сторонам 16*16*x*x - 9*9*20*20
16*16*15*15 - 9*9*20*20 = 16*16*x*x - 9*9*x*x
или
(16*16 - 9*9)*x*x = 16*16*15*15 - 9*9*20*20
окончательно:
x*x = (16*15 - 9*20)*(16*15 + 9*20)/(16-9)(16+9) = 25*9*16(4-3)*(4+3)/(7*25) = 9*16 = 144
или
x = 12 см - длина AO