9572. Дан куб ABCDA'B'C'D'
 с ребром 1. На его рёбрах AB
, BC
, C'D'
 и D'A'
 отмечены точки K
, L
, M
 и N
 соответственно так, что KLMN
 — квадрат. Найдите его площадь.
Ответ. \frac{9}{8}
.
Решение. Рассмотрим ортогональную проекцию KLPQ
 квадрата KLMN
 на плоскость грани ABCD
 (точки P
 и Q
 лежат на рёбрах CD
 и AD
 соответственно). Из свойств параллельного проектирования следует, что это параллелограмм, а из теоремы трёх перпендикулярах, — это прямоугольник (например, ортогональная проекция PL
 наклонной ML
 на эту плоскость перпендикулярна прямой KL
).
Прямоугольник KLPQ
 не является квадратом (иначе KQ=KL=KN
, т. е. катет прямоугольного треугольника KQN
 равен гипотенузе KN
), поэтому его стороны соответственно параллельны диагоналям квадрата ABCD
 (см. задачу 1995).
Пусть
KL=KN=a,~AK=AQ=x.
 Тогда
BK=1-x,~KQ=x\sqrt{2}.
 Из прямоугольного треугольника KNQ
 получаем, что a^{2}=2x^{2}+1
, а из подобия треугольников KBL
 и ABC
 —
\frac{BK}{AB}=\frac{KL}{AC},~\mbox{или}~\frac{1-x}{1}=\frac{a}{\sqrt{2}}.
 Из системы
\syst{a^{2}=2x^{2}+1\\1-x=\frac{a}{\sqrt{2}}\\}
 находим, что x=\frac{1}{4}
, a=\frac{3\sqrt{2}}{4}
. Следовательно,
S_{KLMN}=a^{2}=\frac{9}{8}.
Источник: Московская математическая регата. — 2016-2017, третий тур, № 2, 11 класс