9129. Существует ли тетраэдр, у которого основания всех высот лежат вне оснований тетраэдра?
Ответ. Существует.
Решение. Рассмотрим тетраэдр
ABCD
, в котором грани
ABC
и
DBC
— равносторонние треугольники, а угол между высотами
AM
и
DM
этих треугольников равен
120^{\circ}
.
Пусть
AM=DM=1
. Тогда
AD=\sqrt{3},~AB=BC=\frac{2}{\sqrt{3}},~\cos\angle ABD=\frac{\frac{4}{3}+\frac{4}{3}-3}{2\cdot\frac{2}{\sqrt{3}}\cdot\frac{2}{\sqrt{3}}}=-\frac{1}{8}\lt0,

значит, угол
ABD
тупой. Поскольку
CA=CB=CD
, высота тетраэдра, проведённая из вершины
C
, проходит через центр описанной окружности грани
ABD
(см. задачу 7163), а так как треугольник
ABD
тупоугольный, то центр его описанной окружности лежит вне его. Аналогично для высоты тетраэдра, проведённой из вершины
B
.
Ребро
BC
перпендикулярно плоскости
AMD
, значит, высота тетраэдра, проведённая из вершины
D
совпадает с высотой треугольника
AMD
, а так как угол
AMD
тупой, то основание этой высоты лежит на продолжении отрезка
AM
за точку
M
, а следовательно, вне треугольника
ABC
. Аналогично для высоты тетраэдра, проведённой из вершины
A
.