7167. Боковые грани треугольной пирамиды образуют равные углы с плоскостью основания. Докажите, что высота пирамиды проходит либо через центр окружности, вписанной в треугольник основания, либо через центр одной из вневписанных окружностей этого треугольника.
Указание. Докажите, что основание высоты данной пирамиды равноудалено от прямых, на которых лежат стороны треугольника, лежащего в основании пирамиды.
Решение. Пусть
DH
— высота треугольной пирамиды
ABCD
, боковые грани
ABD
,
BCD
и
ACD
которой, образуют равные углы с плоскостью основания
ABC
. Опустим перпендикуляры
DM
,
DN
и
DK
из вершины пирамиды на прямые
AB
,
BC
и
AC
соответственно. Поскольку прямая
DH
перпендикулярна плоскости
ABC
, отрезки
HM
,
HN
и
HK
— проекции наклонных
DM
,
DN
и
DK
на плоскость
ABC
.
По теореме о трёх перпендикулярах
HM\perp AB
,
HN\perp BC
и
HK\perp AC
, поэтому
DMH
,
DNH
и
DKH
— линейные углы двугранных углов, образованных боковыми гранями пирамиды с плоскостью её основания. По условию
\angle DMH=\angle DNH=\angle DKH
, значит, прямоугольные треугольники
DMH
,
DNH
и
DKH
равны по катету и острому углу, поэтому
MH=NH=KH
, т. е. точка
H
равноудалена от прямых
AB
,
BC
и
AC
. Следовательно,
H
— либо центр вписанной, либо вневписанной окружности треугольника
ABC
.
Примечание. Если равны двугранные при рёбрах основания, а не углы между плоскостями, то ортогональная проекция вершины является именно центром вписанной в основание окружности.