При n = 4 призма может быть и наклонной. Достаточно рассмотреть, например, четырёхугольную призму, у которой все грани – равные ромбы (такая фигура называется ромбоидом, рис. слева).
Теперь докажем, что в остальных случаях (
n= 3 и
n> 4) призма обязательно будет прямой.
Пусть это не так, то есть боковые грани призмы – равные параллелограммы, не являющиеся прямоугольниками. Тогда вершины основания являются вершинами трёхгранных углов двух типов:
1) с двумя равными плоскими углами;
2) с двумя плоскими углами, в сумме дающими 180°.
В первом случае проекция общего ребра для этих углов принадлежит прямой, содержащей биссектрису внутреннего угла многоугольника в основании, а во втором – внешнего.
Заметим, что соседние вершины основания – разных типов. Действительно, поскольку проекции параллельных прямых параллельны, то, в противном случае, мы получим параллельность биссектрис двух соседних внутренних или внешних углов выпуклого многоугольника, что невозможно.
Рассмотрим любые три последовательные грани:
AA1D1D,
AA1B1Bи
BB1C1C. Пусть
A'и
B'– проекции
A1и
B1соответственно
на плоскость основания призмы, причём
A'принадлежит прямой, содержащей биссектрису внутреннего угла
DABмногоугольника в основании,
а
B'– внешнего угла
CBK(рис. справа). Тогда прямые
AA'и
BB'параллельны, то есть ∠
A'AK= ∠
B'BK, откуда ∠
DAB= ∠
CBK, следовательно, прямые AD и
BCпараллельны.
Итак, мы доказали, что у многоугольника в основании призмы стороны через одну параллельны. Учитывая его выпуклость, получим, что он является
параллелограммом. Противоречие.