9266. Пусть точка
A'
— точка, лежащая в грани
CBD
тетраэдра
ABCD
и равноудалённая от прямых
AB
,
AC
и
AD
. Докажите, что:
а) плоскости
AA'B
и
AA'C
образуют равные углы с плоскостью
ABC
.
б)
\angle A'B_{1}O=\frac{1}{2}(\angle AB+\angle AC-\angle AD),

где
O
— ортогональная проекция точки
A'
на плоскость
ABC
, а
\angle AB
,
\angle AC
и
\angle AD
— двугранные углы тетраэдра
ABCD
при рёбрах
AB
,
AC
и
AD
соответственно.
Решение. а) Пусть
O
— ортогональная проекция точки
A'
на плоскость
ABC
, а
B_{1}
и
C_{1}
— ортогональные проекции
A'
на прямые
AB
и
AC
. Из теоремы о трёх перпендикулярах следует, что
OB_{1}A'
и
OC_{1}A'
— линейные углы двугранных углов, о которых говорится в условии задачи. Кроме того,
A'B_{1}
и
A'C_{1}
— перпендикуляры к прямым
AB
и
AC
, значит,
A'B_{1}=A'C_{1}
, поэтому прямоугольные треугольники
B_{1}A'O
и
C_{1}A'O
равны по катету и гипотенузе. Следовательно,
\angle OB_{1}A'=\angle OC_{1}A'
. Что и требовалось доказать.
б) Аналогично предыдущему докажем, что плоскости
AA'B
и
AA'D
образуют равные углы с плоскостью
ABD
, а плоскости
AA'C
и
AA'D
— с плоскостью
ADC
.
Пусть
P
и
Q
— ортогональные проекции точки
A'
на плоскости
ACD
и
BAD
соответственно, а
D_{1}
— ортогональная проекция точки
A'
на прямую
AD
. Обозначим
\angle A'D_{1}Q=\angle A'B_{1}Q=\alpha,~\angle A'B_{1}O=\angle A'C_{1}O=\beta,~\angle A'D_{1}P=\angle A'C_{1}P=\gamma.

Тогда
\angle AB=\alpha+\beta,~\angle AC=\beta+\gamma,~\angle AD=\alpha+\gamma.

Сложим два первых равенства и вычтем из результата третье. Получим, что
2\angle A'B_{1}O=2\beta=\angle AB+\angle AC-\angle AD.

Следовательно,
\angle A'B_{1}O=\beta=\frac{1}{2}(\angle AB+\angle AC-\angle AD).

Что и требовалось доказать.