7339. Докажите, что для равногранного тетраэдра:
а) радиус вписанного шара вдвое меньше радиуса шара, касающегося одной грани тетраэдра и продолжений трёх других (такой шар называется вневписанным);
б) центры четырёх вневписанных шаров являются вершинами тетраэдра, равного данному.
Решение. а) Рассмотрим описанный параллелепипед
ABCDA_{1}B_{1}C_{1}D_{1}
данного равногранного тетраэдра
A_{1}BC_{1}D
. Поскольку тетраэдр равногранный, то этот параллелепипед прямоугольный (см. задачу 7994), а центр его вписанного шара совпадает с центром описанного, т. е. с центром
O
параллелепипеда (см. задачи 7280 и 7283).
Вершина
A
равноудалена от плоскостей
BA_{1}D
,
A_{1}BC_{1}
,
A_{1}DC_{1}
и
BC_{1}D
(см. задачу 7338), т. е. является центром вневписанной сферы равногранного тетраэдра
A_{1}BC_{1}D
.
Пусть
P
и
Q
— точки касания соответственно вписанного и описанного шаров с плоскостью грани
BA_{1}D
,
M
— точка пересечения медиан треугольника
BA_{1}D
. Точка
M
лежит на диагонали
AC_{1}
параллелепипеда и делит её в отношении
\frac{AM}{MC_{1}}=\frac{1}{2}
(см. задачу 7212), а так как
O
— середина
AC_{1}
, то
\frac{OM}{AM}=\frac{1}{2}
. Следовательно,
\frac{OP}{AQ}=\frac{OM}{AM}=\frac{1}{2}.

Аналогично для точек
C
,
D_{1}
и
B_{1}
.
б) При симметрии относительно точки
O
вершина
A_{1}
тетраэдра
A_{1}BC_{1}D
переходит в вершину
C
тетраэдра
CD_{1}AB_{1}
, вершина
B
— в вершину
D_{1}
, вершина
C_{1}
— в вершину
A
, вершина
D
— в вершину
B_{1}
. Следовательно, эти тетраэдры равны.