Назад
Задача

В призму ABCA'B'C' вписана сфера, касающаяся боковых граней BCC'B', CAA'C, ABB'A' в точках A0, B0, C0 соответственно. При этом

A0BB' = ∠B0CC' = ∠C0AA'.

  а) Чему могут равняться эти углы?

  б) Докажите, что отрезки AA0, BB0, CC0 пересекаются в одной точке.

  в) Докажите, что проекции центра сферы на прямые A'B', B'C', C'A' образуют правильный треугольник.

Решение

а) Обозначим значение этих углов через θ. Из равенства треугольников СC'A0 и СC'B0 следует, что угол A0СC' также равен θ. Аналогично

B0AA' = ∠C0BB' = θ.  Следовательно,  6θ = 540° – (∠C0AB + ∠C0AC + ∠A0BC + ∠A0CB + ∠B0CA + ∠B0AC).  Но, например,  ∠C0AB = ∠TAB,  где T – точка касания сферы с гранью ABC. Из этого и пяти аналогичных равенств получаем, что сумма шести углов в скобках равна сумме углов треугольника ABC, то есть  θ = 60°. б) Выше доказано, что  ∠AB0C = ∠BA0C = 120°.  Значит, прямые AB0 и BA0 пересекают ребро CC' в такой точке K, что  CK = CB0 = CA0  (треугольники CB0K и CA0K правильные, поскольку у них по два угла равны 60°). Следовательно, точки A, B, A0, B0 лежат в одной плоскости, то есть прямые AA0 и BB0 пересекаются. Аналогично получаем, что каждая из этих прямых пересекается с прямой CC0. Поскольку эти три прямые не лежат в одной плоскости, точки пересечения совпадают. в) Из вышеизложенного следует, что  ∠ATB = ∠BTC = ∠CTA = 120°,  то есть Tточка Торричелли треугольника ABC. Рассмотрим вторую сферу, касающуюся плоскостей боковых граней и касающуюся грани ABC с другой стороны в точке T'. Расстояния от T и T' до сторон треугольника ABC относятся как котангенсы и тангенсы половин соответствующих двугранных углов призмы, следовательно, эти точки изогонально сопряжены относительно треугольника ABC. Отсюда получаем, что сфера, вписанная в призму, касается грани A'B'C' в её точке Аполлония (см. здесь). Проекции этой точки, а значит, и центра сферы на прямые A'B', B'C', C'A' образуют правильный треугольник (см. задачу 208009).

Ответ

а) 60°.

Чтобы оставлять комментарии, войдите или зарегистрируйтесь

Комментариев нет