7431. Докажите, что сумма плоских углов трёхгранного угла меньше
360^{\circ}
.
Указание. Пусть
PABC
— трёхгранный угол с вершиной
P
. Рассмотрите ещё три трёхгранных угла:
ABPC
— с вершиной
A
,
BAPC
— с вершиной
B
,
CABP
— с вершиной
C
. Примените к ним теорему о том, что сумма двух любых плоских углов трёхгранного угла больше третьего.
Решение. Рассмотрим трёхгранный угол
PABC
с вершиной
P
. Обозначим его плоские углы
BPC
,
APC
и
APB
через
\alpha_{1}
,
\alpha_{2}
,
\alpha_{3}
соответственно. Через точки
A
,
B
и
C
, лежащие на рёбрах трёхгранного угла, проведём плоскость. Получим ещё три трёхгранных угла:
ABPC
— с вершиной
A
,
BAPC
— с вершиной
B
,
CABP
— с вершиной
C
. Обозначим углы при вершинах
A
и
B
треугольника
APB
через
\beta_{1}
и
\gamma_{1}
, углы при вершинах
B
и
C
треугольника
BPC
— через
\beta_{2}
и
\gamma_{2}
, углы при вершинах
C
и
A
треугольника
CAP
— через
\beta_{3}
и
\gamma_{3}
. Тогда
\beta_{1}+\gamma_{3}\gt\angle BAC,~\beta_{2}+\gamma_{1}\gt\angle ABC,~\beta_{3}+\gamma_{2}\gt\angle ACB.

Сложив почленно эти неравенства, получим, что
\beta_{1}+\gamma_{1}+\beta_{2}+\gamma_{2}+\beta_{3}+\gamma_{3}\gt\angle BAC+\angle ABC+\angle ACB=180^{\circ},

поэтому
\angle BPC+\angle APC+\angle APB=\alpha_{1}+\alpha_{2}+\alpha_{3}=

=180^{\circ}-(\beta_{1}+\gamma_{1})+180^{\circ}-(\beta_{2}+\gamma_{2})+180^{\circ}-(\beta_{3}+\gamma_{3})=

=540^{\circ}-(\beta_{1}+\gamma_{1}+\beta_{2}+\gamma_{2}+\beta_{3}+\gamma_{3})\lt540^{\circ}-180^{\circ}=360^{\circ}.

Что и требовалось доказать.