Учебник «Геометрия. 10–11 классы», с. 32, §4 Тетраэдр и параллелепипед
№78. На рисунке 42 изображён параллелепипед ABCDA1B1C1D1, на рёбрах которого отмечены точки M, N, M1 и N1 так, что AM=CN=A1M1=C1N1. Докажите, что MBNDM1B1N1D1 — параллелепипед.
✎ Запись в тетрадь
Дано:ABCDA1B1C1D1 — параллелепипед; M∈AB, N∈CD, M1∈A1B1, N1∈C1D1; AM=CN=A1M1=C1N1
Доказать:MBNDM1B1N1D1 — параллелепипед
MB=AB−AM,
ND=CD−CN;
AB=CD,
AM=CN ⇒
MB=ND.
1 MB∥ND,
MB=ND ⇒
MBND — параллелограмм. Так же
M1B1N1D1.
1 AMM1A1 — параллелограмм (
AM∥A1M1,
AM=A1M1) ⇒
MM1∥AA1,
MM1=AA1.
2 Так же
NN1∥CC1,
NN1=CC1;
BB1∥AA1,
DD1∥AA1 — рёбра.
2AA1∥BB1∥CC1∥DD1 ⇒
MM1∥BB1∥NN1∥DD1 (п. 4), все равны.
3 MM1B1B — параллелограмм ⇒
MB=M1B1;
BB1N1N ⇒
BN=B1N1.
4 Углы
MBN и
M1B1N1 — между сонаправленными сторонами ⇒ равны (п. 8). Параллелограммы равны.
4Плоскости
MBN и
M1B1N1 — это
ABC и
A1B1C1, они параллельны.
5Два равных параллелограмма в параллельных плоскостях и параллельные
MM1,
BB1,
NN1,
DD1 ⇒ параллелепипед (п. 13).
5Ответ: доказано.
Пояснение
Идея. Нужно проверить определение параллелепипеда (п. 13): два равных параллелограмма в параллельных плоскостях и четыре параллельных отрезка, соединяющих их вершины.
- 1MB и ND — остатки равных рёбер AB и CD после отрезания равных кусков AM и CN. Поэтому MB=ND, а параллельность следует из AB∥CD. Четырёхугольник с двумя равными параллельными сторонами — параллелограмм. Для верхнего основания — то же с A1B1 и C1D1.
- 2Равные и параллельные отрезки AM и A1M1 образуют параллелограмм AMM1A1, поэтому MM1 равен и параллелен AA1. Для N — аналогично с CC1.
- 3Все четыре боковых отрезка параллельны AA1, значит, параллельны друг другу (п. 4), и равны AA1.
- 4Из равных и параллельных MM1 и BB1 получаем параллелограмм MM1B1B, откуда MB=M1B1. Так же сравниваем BN и B1N1. Углы при вершинах B и B1 образованы сонаправленными сторонами, поэтому равны. Два параллелограмма с двумя равными сторонами и равным углом между ними равны.
- 5Основания лежат в плоскостях ABC и A1B1C1, они параллельны как противоположные грани данного параллелепипеда. Все условия определения выполнены.