8020. Точки
M
,
N
и
K
принадлежат соответственно рёбрам
AD
,
AB
и
BC
тетраэдра
ABCD
, причём
AM:MD=2:3
,
BN:AN=1:2
,
BK=KC
. Постройте сечение тетраэдра плоскостью, проходящей через точки
M
,
N
,
K
. В каком отношении эта плоскость делит ребро
CD
?
Ответ.
3:1
.
Указание. Через вершину
A
проведите прямую, параллельную
BD
; продолжите
MN
до пересечения с этой прямой в точке
Q
и рассмотрите образовавшиеся подобные треугольники.
Решение. Пусть продолжение отрезка
MN
пересекает прямую
DB
в точке
F
. Тогда точки
F
и
K
лежат в плоскости грани
BCD
, поэтому прямая
FK
лежит в плоскости грани
BCD
. Если
P
— точка пересечения этой прямой с ребром
CD
, то четырёхугольник
MNKP
— искомое сечение.
Обозначим
BD=a
,
BF=x
. Через вершину
A
проведём прямую, параллельную
BD
, и продолжим
MN
до пересечения с этой прямой в точке
Q
. Треугольник
ANQ
подобен треугольнику
BNF
с коэффициентом 2, а треугольник
AMQ
— треугольнику
DMF
с коэффициентом
\frac{AM}{MD}=\frac{2}{3}
. Поэтому
AQ=2BF=2x,~AQ=\frac{2}{3}DF=\frac{2}{3}(a+x).

Из уравнения
2x=\frac{2}{3}(a+x)
находим, что
BF=\frac{a}{2}
.
Через вершину
C
проведём прямую, параллельную
BD
, и продолжим
KP
до пересечения с этой прямой в точке
T
. Треугольник
CKT
равен треугольнику
BKF
, а треугольник
CPT
подобен треугольнику
DPF
, поэтому
CT=BF=\frac{a}{2},~\frac{CP}{PD}=\frac{CT}{DF}=\frac{\frac{a}{2}}{a+\frac{a}{2}}=\frac{1}{3}.