Cho hình chóp \(S.ABCD\) có đáy là tứ giác lồi có các cặp cạnh đối không song song với nhau. Giao điểm của \(AC\) và \(BD\) là \(O\). Gọi \(M,N\) lần lượt là trung điểm của \(SA\) và \(SC\).

Ta xét hai trường hợp của số nguyên \(k\):

Trường hợp 1: \(k\) là số chẵn (\(k = 2m,m \in \mathbb{Z}\)):

\({\rm{sin}}\left( {\frac{\pi }{4} + 2m\pi } \right) = {\rm{sin}}\left( {\frac{\pi }{4}} \right) = \frac{{\sqrt 2 }}{2}\).

Trường hợp 2: \(k\) là số lẻ (\(k = 2m + 1,m \in \mathbb{Z}\)):

\({\rm{sin}}\left( {\frac{\pi }{4} + \left( {2m + 1} \right)\pi } \right) = {\rm{sin}}\left( {\frac{\pi }{4} + \pi  + 2m\pi } \right) = {\rm{sin}}\left( {\frac{{5\pi }}{4}} \right) =  - \frac{{\sqrt 2 }}{2}\).

Gộp hai trường hợp lại, ta có kết quả tổng quát: \({\rm{sin}}\left( {\frac{\pi }{4} + k\pi } \right) = {\left( { - 1} \right)^k}\frac{{\sqrt 2 }}{2}\).

Gọi \(H\) là chân đường vuông góc hạ từ bức tường xuống mặt đất phẳng nằm ngang. Khi đó:

Khoảng cách từ vận động viên đến bức tường là đoạn \(AH = x\) (\(x > 0\)).

Độ cao mục tiêu \(B\) là \(BH = 40{\rm{m}}\).

Độ cao mục tiêu \(C\) là \(CH = 90{\rm{m}}\).

Xét các tam giác vuông \(AHB\) và \(AHC\) vuông tại \(H\):

           \({\rm{tan}}\alpha  = \frac{{BH}}{{AH}} = \frac{{40}}{x}\);

          \({\rm{tan}}2\alpha  = \frac{{CH}}{{AH}} = \frac{{90}}{x}\).

Sử dụng công thức nhân đôi cho hàm tang: \({\rm{tan}}2\alpha  = \frac{{2{\rm{tan}}\alpha }}{{1 - {\rm{ta}}{{\rm{n}}^2}\alpha }}\).

Thay các tỉ số lượng giác vừa tìm được ở trên vào công thức:

\(\frac{{90}}{x} = \frac{{2 \cdot \frac{{40}}{x}}}{{1 - {{\left( {\frac{{40}}{x}} \right)}^2}}}\)\( \Leftrightarrow \frac{{90}}{x} = \frac{{\frac{{80}}{x}}}{{1 - \frac{{1600}}{{{x^2}}}}}\).

Vì \(x > 0\), ta rút gọn bớt \(\frac{1}{x}\) ở cả hai vế:

\(90 = \frac{{80}}{{1 - \frac{{1600}}{{{x^2}}}}}\)\( \Leftrightarrow 90\left( {1 - \frac{{1600}}{{{x^2}}}} \right) = 80\)\( \Leftrightarrow 1 - \frac{{1600}}{{{x^2}}} = \frac{{80}}{{90}} = \frac{8}{9}\)\( \Leftrightarrow \frac{{1600}}{{{x^2}}} = 1 - \frac{8}{9} = \frac{1}{9}\)

\( \Leftrightarrow {x^2} = 1600 \cdot 9 = 14400 \Rightarrow x = \sqrt {14400}  = 120{\rm{m}}\left( {{\rm{do\;}}x > 0} \right)\)

Vậy khoảng cách từ vận động viên đến bức tường bằng \(120{\rm{m}}\).