7300. Докажите что диагональ
CA_{1}
куба
ABCDA_{1}B_{1}C_{1}D_{1}
перпендикулярна плоскости
AB_{1}D_{1}
, проходит через центр треугольника
AB_{1}D_{1}
и делится его плоскостью в отношении
2:1
, считая от вершины
C
.
Решение. По теореме о трёх перпендикулярах прямая
CA_{1}
перпендикулярна прямой
B_{1}D_{1}
, так как ортогональная проекция
C_{1}A_{1}
наклонной
CA_{1}
на плоскость
A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}
перпендикулярна прямой
B_{1}D_{1}
, лежащей в этой плоскости. Аналогично
CA_{1}\perp AB_{1}
. Поскольку прямая
CA_{1}
перпендикулярна двум пересекающимся прямым
B_{1}D_{1}
и
AB_{1}
плоскости
AB_{1}D_{1}
, эта прямая перпендикулярна плоскости
AB_{1}D_{1}
.
Пусть
O_{1}
центр грани
A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}
. Рассмотрим прямоугольник
AA_{1}C_{1}C
. Точка
O_{1}
— середина его стороны
A_{1}C_{1}
, а точка
M
пересечения
CA_{1}
и
AO_{1}
— это точка пересечения диагонали
CA_{1}
с плоскостью
AB_{1}D_{1}
. Из подобия треугольников
AMC
и
O_{1}MA_{1}
следует, что
\frac{AM}{MO_{1}}=\frac{CM}{MA_{1}}=\frac{AC}{O_{1}A_{1}}=2
. Точка
M
лежит на медиане
AO_{1}
равностороннего треугольника
AB_{1}D_{1}
и делит её в отношении
2:1
, считая от вершины. Следовательно,
M
— центр этого треугольника.
Примечание. Верно более общее утверждение: диагональ
CA_{1}
любого параллелепипеда
ABCDA_{1}B_{1}C_{1}D_{1}
проходит через точку пересечения медиан треугольника
AB_{1}D_{1}
и делится его плоскостью в отношении
2:1
, считая от вершины
C
.