Прямую, на которой лежат точки , , , можно назвать прямой Эйлера ортоцентрического тетраэдра.
Упражнения
Решите с помощью скалярного произведения векторов задачи 1—4.
- а) Докажите, что если — центр окружности, описанной около треугольника , и , то — точка пересечения высот треугольника.
б) Докажите, что если — центр сферы, описанной около ортоцентрического тетраэдра , и , то — точка пересечения четырех высот тетраэдра.
- Докажите, что если , , и — четыре произвольные точки пространства, то
Пользуясь этим равенством, докажите, что
а) три высоты треугольника пересекаются в одной точке;
б) если противоположные ребра и , и тетраэдра перпендикулярны, то ребра и также перпендикулярны.
- Докажите, что если , , , — четыре произвольные точки пространства, то
Пользуясь этим равенством, докажите, что
а) сумма квадратов диагоналей трапеции равна сумме квадратов ее боковых сторон, сложенной с удвоенным произведением оснований;
б) диагонали четырехугольника перпендикулярны тогда и только тогда, когда суммы квадратов противоположных сторон равны;
в) для того чтобы тетраэдр был ортоцентрическим, необходимо и достаточно, чтобы суммы квадратов его противоположных ребер были равны.
-
Докажите, что все плоские углы при одной вершине ортоцентрического тетраэдра либо одновременно острые, либо прямые, либо тупые и хотя бы одна его грань является остроугольным треугольником.
-
а) Докажите, что точки, симметричные ортоцентру треугольника относительно середин его сторон, а также точки, симметричные ортоцентру относительно прямых , и , лежат на окружности, описанной около этого треугольника.
б) Пусть — ортоцентр тетраэдра , и — соответственно центроид и ортоцентр грани , а и — такие точки, что и . Докажите, что точки и лежат на сфере, описанной около этого тетраэдра.
- а) Докажите, что середины трех сторон, основания трех высот треугольника и середины отрезков, соединяющих ортоцентр с тремя вершинами, лежат на одной окружности, а центр этой окружности (называемой окружностью десяти точек) лежит на прямой Эйлера.
б) Докажите, что центроиды четырех граней, основания четырех высот ортоцентрического тетраэрда и точки, которые делят каждый из отрезков, соединяющих ортоцентр с вершинами, в отношении 1:2 (считая от ортоцентра), лежат на одной сфере, а центр этой сферы (называемой сферой двенадцати точек) расположен на прямой Эйлера.
- Докажите, что
а) если основание одной из высот тетраэдра есть ортоцентр соответствующей грани, то тетраэдр является ортоцентрическим;
б) основание любой из высот ортоцентрического тетраэдра есть ортоцентр соответствующей грани (эти свойства использованы при доказательстве теоремы 5).
Где ошибка
— Прямая теорема равносильна теореме, противоположной обратной, — сказал ученик Крестиков. — Если — прямая теорема, то вместе с ней верна или неверна теорема .
— А что такое и ? — спросил ученик Нуликов.
— Так обозначаются отрицания утверждений и .
— А откуда ты знаешь, что они равносильны?
— Могу доказать.
— Давай.
— Пожалуйста. Пусть теорема верна, а теорема неверна. Тогда вер-
на теорема . Из этой верной теоремы и верной прямой теоремы следует, что . Ты же понимаешь, что так не бывает! Значит, на самом деле, теорема верна.
— Понятно, — сказал Нуликов.
Они встретились на другой день.
— Я доказал, что из прямой теоремы следует обратная, — сказал Нуликов.
— Этого не может быть! Бывает, что прямая теорема верна, а обратная нет.
— А я тебе докажу!
— Ха! Попробуй!
— Пусть теорема верна. Нам надо доказать, что теорема тоже верна.
Предположим, что она неверна. Тогда верна теорема , ты сам говорил это в прошлый раз. Но ей равносильна теорема , а значит, она тоже верна. Получилось, что верны две такие теоремы: и , а это чепуха. Значит на самом деле теорема верна.
— Ничего не понимаю, — пробормотал Крестиков.
— Я рассуждал так же как ты, — сказал Нуликов.
А теперь ответьте
-
Верно ли доказательство Крестикова?
-
Верно ли доказательство Нуликова?
-
Верно ли последнее заявление Нуликова?
В. И. Рыжик