14264. Точки
M
и
N
— середины рёбер
AC
и
DC
правильного тетраэдра
ABCD
,
O
— центр грани
ABC
. Найдите угол и расстояние между прямыми
MN
и
DO
, если ребро тетраэдра равно 1. В каком отношении общий перпендикуляр прямых
MN
и
DO
делит отрезки
MN
и
DO
?
Ответ.
\arcsin\sqrt{\frac{2}{3}}
;
\frac{1}{4}
;
1:1
;
3:1
, считая от точки
D
.
Решение. 1. Пусть
L
— середина отрезка
OC
. Тогда
NL
— средняя линия треугольника
COD
, поэтому
NL\parallel DO
, а
NL
(как и
DO
) — перпендикуляр к плоскости
ABC
. Угол
\varphi
между скрещивающимися прямыми
MN
и
DO
равен углу между пересекающимися прямыми
MN
и
NL
, т. е. острому углу
MNL
прямоугольного треугольника
NLM
с катетом
NL=\frac{1}{2}DO=\frac{1}{2}\sqrt{\frac{2}{3}}

и гипотенузой
MN=\frac{1}{2}AD=\frac{1}{2}.

Значит,
\sin\varphi=\frac{NL}{MN}=\frac{\frac{1}{2}\sqrt{\frac{2}{3}}}{\frac{1}{2}}=\sqrt{\frac{2}{3}}.

Следовательно,
\varphi=\arcsin\sqrt{\frac{2}{3}}
.
2. Плоскость
ABC
перпендикулярна прямой
DO
, а прямая
ML
— ортогональная проекция наклонной
NM
на эту плоскость, значит, расстояние
d
между прямыми
MN
и
DO
равно расстоянию от точки
O
до прямой
ML
(см. задачу 8406). Пусть
K
— середина
BC
,
OP
— перпендикуляр к
ML
, а луч
MP
пересекает ребро
BC
в точке
Q
. Тогда
Q
— середина отрезка
CK
, а
KOPQ
— прямоугольник. Следовательно,
d=OP=KQ=\frac{1}{2}CK=\frac{1}{4}BC=\frac{1}{4}.

3. По теореме Фалеса прямая, проведённая через точку
O
параллельно
NL
, пересекает отрезок
MN
в его середине
X
. Отметим на высоте
DO
тетраэдра точку
Y
, для которой
OY=PX
. Тогда
OPXY
— прямоугольник, поэтому
XY\parallel OP
. Значит,
XY\perp MN
и
XY\perp DO
, т. е.
XY
— общий перпендикуляр скрещивающихся прямых
MN
и
DO
. При этом
X
— середина отрезка
MN
, а точка
Y
такова, что
OY=PX=\frac{1}{2}NL=\frac{1}{4}DO.

Следовательно,
MX:XN=1:1
и
DY:YO=3:1
.