Учебник «Геометрия. 10–11 классы», с. 20, §2 Взаимное расположение прямых в пространстве. Угол между двумя прямыми
№47. В пространственном четырёхугольнике ABCD стороны AB и CD равны. Докажите, что прямые AB и CD образуют равные углы с прямой, проходящей через середины отрезков BC и AD.
✎ Запись в тетрадь
Дано:ABCD — пространственный; AB=CD; M, N — середины BC, AD
Доказать:AB и CD образуют с MN равные углы
M,
N — середины
BC,
AD;
P — середина диагонали
AC.
1 PM — средняя линия
△ABC ⇒
PM∥AB,
PM=21AB.
2 PN — средняя линия
△ACD ⇒
PN∥CD,
PN=21CD.
2 AB=CD ⇒
PM=PN ⇒
△PMN равнобедренный,
∠PMN=∠PNM=φ.
3 Угол
(AB,MN) =
∠PMN, угол
(CD,MN) =
∠PNM (п. 9).
4φ<90° (угол при основании) ⇒ оба угла между прямыми равны
φ. ∎
4 Ответ: доказано.
Пояснение
Идея. Нужная прямая MN соединяет середины BC и AD. Добавляем середину P диагонали AC: отрезки PM и PN — средние линии двух плоских треугольников, они параллельны AB и CD, и вместе с MN дают равнобедренный треугольник.
- 1Диагональ AC режет четырёхугольник на треугольники ABC и ACD. Их средние линии через середину P общей стороны AC идут к M и N.
- 2Средняя линия параллельна третьей стороне и равна её половине. В △ABC она параллельна AB, в △ACD — CD.
- 3AB=CD, поэтому PM=PN. Точки P, M, N не лежат на одной прямой, иначе AB∥CD и ABCD был бы плоским.
- 4Угол между скрещивающимися или пересекающимися прямыми равен углу между параллельными им пересекающимися (п. 9): PM∥AB, PN∥CD, обе пересекают MN.