9359. Два правильных тетраэдра ABCD
 и ABCE
 имеют общее основание ABC
 и расположены по разные стороны от него. Точки M
 и N
 — середины рёбер AB
 и BC
 соответственно. Найдите угол между прямыми:
а) AD
 и BE
; б) DM
 и EN
.
Ответ. а) \arccos\frac{5}{6}
; б) \arccos\frac{17}{18}
.
Решение. а) Пусть рёбра тетраэдров равны a
, O
 — центр общего основания ABC
 тетраэдров, K
 — середина ребра BD
. Тогда OK
 и MK
 — средние линии треугольников BDE
 и ABD
, поэтому OK\parallel BE
 и MK\parallel AD
. Значит, угол между скрещивающимися прямыми AD
 и BE
 равен углу между пересекающимися прямыми OK
 и MK
, т. е. углу MKO
 при вершине равнобедренного треугольника MKO
 со сторонами
OK=MK=\frac{1}{2}AD=\frac{a}{2},~OM=\frac{1}{3}CM=\frac{1}{3}\cdot\frac{a\sqrt{3}}{2}=\frac{\sqrt{3}}{6}.
 По теореме косинусов
\cos\angle MKO=\frac{OK^{2}+MK^{2}-OM^{2}}{2OK\cdot MK}=\frac{\frac{a^{2}}{4}+\frac{a^{2}}{4}-\frac{a^{2}}{12}}{2\cdot\frac{a}{2}\cdot\frac{a}{2}}=\frac{5}{6}.
 Следовательно, искомый угол равен \arccos\frac{5}{6}
.
б) Пусть L
 — середина отрезка OA
. Тогда OL=\frac{1}{2}OA=ON
, а так как ML
 — средняя линия треугольника ABN
, то ML=\frac{1}{2}OB=\frac{1}{2}OA
. Диагонали NL
 и DE
 четырёхугольника DNEL
 пересекаются в точке O
 и делятся ею пополам, значит, это параллелограмм (даже ромб). Тогда DL\parallel EN
, и угол между скрещивающимися прямыми DM
 и EN
 равен углу между пересекающимися прямыми DM
 и DL
, т. е. углу LDM
 равнобедренного треугольника LDM
 со сторонами
DL=DM=\frac{a\sqrt{3}}{2},~ML=\frac{1}{2}OA=\frac{a\sqrt{3}}{6}.
 По теореме косинусов
\cos\angle LDM=\frac{DL^{2}+DM^{2}-LM^{2}}{2DL\cdot DM}=\frac{\frac{3a^{2}}{4}+\frac{3a^{2}}{4}-\frac{a^{2}}{12}}{2\cdot\frac{a\sqrt{3}}{2}\cdot\frac{a\sqrt{3}}{2}}=\frac{17}{18}.
 Следовательно, искомый угол равен \arccos\frac{17}{18}
.