14669. Дана усечённая треугольная пирамида с основанием ABC
 и боковыми рёбрами AA_{1}
, BB_{1}
 и CC_{1}
; P
 — произвольная точка плоскости грани A_{1}B_{1}C_{1}
, а Q
 — точка пересечения плоскостей \alpha
, \beta
 и \gamma
, проходящих через прямые соответственно B_{1}C_{1}
, C_{1}A_{1}
 и A_{1}B_{1}
 параллельно плоскостям PBC
, PCA
 и PAB
 соответственно. Докажите, что тетраэдр ABCQ
 и четырёхугольная пирамида ABB_{1}A_{1}C
 равновелики.
Решение. Пусть S
 и S_{1}
 площади треугольников ABC
 и A_{1}B_{1}C_{1}
 соответственно; h
 и h_{1}
 — высоты тетраэдров соответственно ABCP
 и A_{1}B_{1}C_{1}Q
, проведённые из вершин P
 и Q
; V
 и V'
 — объёмы пирамиды ABB_{1}A_{1}C
 и тетраэдра ABCQ
 соответственно; T
 — объём данной усечённой пирамиды. Нужно доказать, что V=V'
.
По теореме о пересечении двух параллельных плоскостей третьей (см. задачу 8009) рёбра тетраэдра ABCP
 соответственно параллельны рёбрам тетраэдра A_{1}B_{1}C_{1}Q
, значит, эти тетраэдры подобны (они гомотетичны относительно точки пересечения прямой QP
 с плоскостью грани ABC
). Тогда
\frac{h}{h_{1}}=\frac{AB}{A_{1}B_{1}}=\frac{\sqrt{S}}{\sqrt{S_{1}}}~\Rightarrow~h_{1}=\frac{h\sqrt{S_{1}}}{\sqrt{S}}~\Rightarrow
\Rightarrow~V'=\frac{1}{3}(h+h_{1})S=\frac{1}{3}\left(h+\frac{h\sqrt{S_{1}}}{\sqrt{S}}\right)S=\frac{1}{3}h(S+\sqrt{SS_{1}}),
 а так как
T=\frac{1}{3}h(S+\sqrt{SS_{1}}+S_{1})~\Rightarrow~V'=T-\frac{1}{3}hS_{1},
 то
V'=T-\frac{1}{3}hS_{1}.
 Значит,
V=T-V_{A_{1}B_{1}C_{1}C}=T-\frac{1}{3}hS_{1}.
 Следовательно, V=V'
. Что и требовалось доказать.
Источник: Журнал «Crux Mathematicorum». — 1985, № 6, задача 993 (1984, с. 113), с. 194