7328. Дана четырёхугольная пирамида, в которую можно вписать сферу, причём центр этой сферы лежит на высоте пирамиды. Докажите, что в основание пирамиды можно вписать окружность.
Решение. Пусть
SH
— высота четырёхугольной пирамиды
SABCD
с вершиной
S
,
O
— центр сферы, вписанной в пирамиду (
O
лежит на отрезке
SH
),
K
,
L
,
M
и
N
— точки касания сферы с гранями
ASB
,
BSC
,
CSD
и
ASD
соответственно.
Прямоугольные треугольники
OKS
,
OLS
,
OMS
и
ONS
равны по катету (радиус сферы) и гипотенузе, поэтому
\angle OSK=\angle OSL=\angle OSM=\angle OSN.

Продолжим отрезки
SK
,
SL
,
SM
и
SN
до пересечения со сторонами
AB
,
BC
,
CD
и
AD
основания в точках
K_{1}
,
L_{1}
,
M_{1}
и
N_{1}
соответственно. Прямая
AB
перпендикулярна двум пересекающимся прямым
OK
и
SH
плоскости
SHK_{1}
, поэтому
AB\perp SK_{1}
. Аналогично,
BC\perp SL_{1}
,
CD\perp SM_{1}
и
AD\perp SN_{1}
, а также
HK_{1}\perp AB
,
HL_{1}\perp BC
,
HM_{1}\perp CD
и
HN_{1}\perp AD
.
Прямоугольные треугольники
SK_{1}H
,
SL_{1}H
,
SM_{1}H
и
SN_{1}H
равны по катету и прилежащему острому углу, поэтому
HK_{1}=HL_{1}=HM_{1}=HN_{1}
, значит, точка
H
равноудалена от сторон четырёхугольника
ABCD
. Следовательно,
H
— центр окружности, вписанной в этот четырёхугольник.