«Квант» — научно-популярный физико-математический журнал (издаётся с 1970 года)
Старый сайт журнала: kvant.ras.ru

Задача М525

Условие задачи (1978, № 9) Задача М525 // Квант. — 1978. — № 9. — Стр. 36; 1979. — № 8. — Стр. 42.

Докажите, что для любого тетраэдра существуют такие две плоскости, что отношение площадей проекций тетраэдра на эти плоскости не меньше $\sqrt{2}$‍.

А. А. Берзиньш

Всесоюзная математическая олимпиада школьников (XII, 1978 год, 10 класс)


Изображения страниц

Решение задачи (1979, № 8) Задача М525 // Квант. — 1978. — № 9. — Стр. 36; 1979. — № 8. — Стр. 42.

Рис. 3
Рис. 3

Проведём через два противоположных ребра $AB$‍‍ и $CD$‍‍ тетраэдра $ABCD$‍‍ параллельные плоскости $\mathit\Pi_1$‍‍ и $\mathit\Pi_2$‍‍ (рис. 3). Пусть $h$‍‍ — расстояние между ними. Будем рассматривать лишь проекции тетраэдра на плоскости, перпендикулярные $\mathit\Pi_1$‍,‍ и уже среди них найдём такие, отношение площадей проекций тетраэдра на которые не меньше $\sqrt2$‍.

Пусть $A_1B_1C_1D_1$‍‍ — проекция тетраэдра $ABCD$‍‍ нa такую плоскость $\alpha$‍.‍ Тогда $[A_1B_1]\subset\mathit\Pi_1\cap\alpha$‍,$[C_1D_1]\subset\mathit\Pi_2\cap\alpha$‍‍ и, следовательно,$[A_1B_1]\parallel[C_1D_1]$‍.‍ Таким образом, проекция $A_1B_1C_1D_1$‍‍ тетраэдра $ABCD$‍‍ на плоскость $\alpha$‍‍ — это трапеция с высотой длины $h$‍‍ (в некоторых случаях вырождающаяся в треугольник). Средняя линия $KL$‍‍ трапеции $A_1B_1C_1D_1$‍‍ — это проекция параллелограмма $PQRS$‍,‍ где $P$‍,$Q$‍,$R$‍,$S$‍‍ — середины ребер $AC$‍,$AD$‍,$BD$‍‍ и $BC$‍‍ тетраэдра $ABCD$‍‍ соответственно (см. рис. 3). (Действительно, все точки $K$‍,$L$‍,$P$‍,$Q$‍,$R$‍,$S$‍‍ лежат в плоскости, параллельной плоскостям $\mathit\Pi_1$‍‍ и $\mathit\Pi_2$‍‍ и равноудалённой от них.) Вершины параллелограмма $P$‍,$Q$‍,$R$‍,$S$‍‍ проектируются в точки пересечения средней линии $KL$‍‍ с отрезками $A_1C_1$‍,$A_1D_1$‍,$B_1D_1$‍‍ и $B_1C_1$‍‍ соответственно. Для определённости будем считать, что $[PQ]$‍‍ — меньшая сторона параллелограмма, а $[PR]$‍‍ — большая из его диагоналей. Очевидно, $\dfrac{|PR|}{|PQ|}\ge\sqrt2$‍

Возьмём теперь плоскость $\alpha_1$‍,‍ параллельную диагонали $PR$‍‍ (и, конечно, перпендикулярную плоскости $\mathit\Pi_1$‍),‍ и плоскость $\alpha_2$‍,‍ перпендикулярную $[PS]$‍($\alpha_2\perp\mathit\Pi_1$‍).‍ Длина средней линии трапеции (проекции тетраэдра) в первом случае равна $|PR|$‍,‍ a во втором — не больше $|PQ|$‍.‍В первом случае площадь проекции тетраэдра равна $h\cdot|PR|$‍,‍ во втором — не более $h\cdot|PQ|$‍.‍ Отношение этих площадей не меньше $\sqrt2$‍.

Для правильного тетраэдра оценка $\sqrt2$‍‍ — наилучшая: площади проекций правильного тетраэдра на плоскости $\alpha_1$‍‍ и $\alpha_2$‍‍ будут равны $\dfrac{a^2}2$‍‍ и $\dfrac{a^2}{2\sqrt2}$‍,‍ где $a$‍‍ — длина ребра тетраэдра. Но это также требует доказательства.

А. А. Берзиньш


Метаданные Задача М525 // Квант. — 1978. — № 9. — Стр. 36; 1979. — № 8. — Стр. 42.

Предмет
Математика
Условие
Решение
Номера

1978. — № 9. — Стр.  [условие]

1979. — № 8. — Стр.  [решение]

Описание
Задача М525 // Квант. — 1978. — № 9. — Стр. 36; 1979. — № 8. — Стр. 42.
Ссылка
https://www.kvant.digital/problems/m525/