Długość krawędzi sześcianu jest o \(2\) krótsza od długości jego przekątnej. Oblicz długość przekątnej tego sześcianu.

Odpowiedź:      

\(s=3+\sqrt{3}\)

Rozwiązanie:      
Krok 1. Sporządzenie rysunku poglądowego. Dorysujmy sobie przekątną sześcianu (\(s\)) oraz przekątną podstawy (\(d\)), która przyda nam się do dalszych obliczeń. I tu od razu możemy zauważyć, że nasza przekątna podstawy jest tak naprawdę przekątną kwadratu, który znalazł się w podstawie sześcianu. Zatem jeśli długość krawędzi oznaczymy jako \(a\) to \(d=a\sqrt{2}\). Krok 2. Wyznaczenie wzoru ogólnego na długość przekątnej sześcianu. Ten krok możemy pominąć, jeśli po prostu pamiętamy że przekątna sześcianu jest opisana wzorem \(s=a\sqrt{3}\). Niestety tego wzoru nie ma w tablicach maturalnych, dlatego zobaczmy jak go łatwo możemy sobie wyprowadzić. Spójrzmy na trójkąt \(BDH\). Jest on prostokątny, a jego przyprostokątne mają długośc odpowiednio \(a\) oraz \(a\sqrt{2}\). Korzystając z Twierdzenia Pitagorasa otrzymamy: $$a^2+(a\sqrt{2})^2=s^2 \           ,\ a^2+2a^2=s^2 \           ,\ s^2=3a^2 \           ,\ s=\sqrt{3\cdot a^2} \           ,\ s=a\sqrt{3}$$ Krok 3. Obliczenie długości przekątnej sześcianu. Z treści zadania wynika, że \(a=s-2\). Możemy teraz podstawić tą zależność do wyznaczonego wzoru z kroku drugiego i otrzymamy wtedy: $$s=(s-2)\sqrt{3} \           ,\ s=s\sqrt{3}-2\sqrt{3} \           ,\ s-s\sqrt{3}=-2\sqrt{3} \quad\bigg/\cdot(-1) \           ,\ s\sqrt{3}-s=2\sqrt{3} \           ,\ s(\sqrt{3}-1)=2\sqrt{3} \           ,\ s=\frac{2\sqrt{3}}{\sqrt{3}-1}$$ (Mnożenie przez \(-1\) nie było koniecznie, ale sprawiało że pozbyliśmy się minusów, więc warto było ten krok wykonać). Teoretycznie otrzymany wynik można byłoby uznać za prawidłowy, ale warto tutaj jeszcze usunąć niewymierność z mianownika. W tym przypadku wystarczy pomnożyć licznik i mianownik przez (\(\sqrt{3}+1\)). $$s=\frac{2\sqrt{3}}{\sqrt{3}-1} \           ,\ s=\frac{2\sqrt{3}\cdot(\sqrt{3}+1)}{\sqrt{3}-1\cdot(\sqrt{3}+1)} \           ,\ s=\frac{6+2\sqrt{3}}{3-1} \           ,\ s=\frac{6+2\sqrt{3}}{2} \           ,\ s=3+\sqrt{3}$$

Teoria:      
W trakcie opracowania