Докажите, что середины двух противоположных сторон любого четырёхугольника и середины двух его диагоналей тоже образуют параллелограмм либо лежат на одной прямой. Для каких четырёхугольника середины данных отрезков лежат на одной прямой?
от

1 Ответ

Дано:

- Четырёхугольник ABCD.
- M и N – середины противоположных сторон AB и CD соответственно.
- P и Q – середины диагоналей AC и BD соответственно.

Найти:

- Доказать, что точки M, N, P и Q образуют параллелограмм или лежат на одной прямой.

Решение:

1. Рассмотрим векторные координаты точек. Обозначим векторные координаты точек следующим образом:
   - A = a
   - B = b
   - C = c
   - D = d

2. Найдём координаты середины противоположных сторон и диагоналей:
   - M = (a + b) / 2 (середина AB)
   - N = (c + d) / 2 (середина CD)
   - P = (a + c) / 2 (середина AC)
   - Q = (b + d) / 2 (середина BD)

3. Рассмотрим векторы, соединяющие точки:
   - Вектор MN = N - M = [(c + d) / 2] - [(a + b) / 2] = (c + d - a - b) / 2
   - Вектор PQ = Q - P = [(b + d) / 2] - [(a + c) / 2] = (b + d - a - c) / 2

4. Найдём, являются ли векторы MN и PQ параллельными. Для этого проверим, равны ли они по модулю и противоположны:
   - Вектор MN = (c + d - a - b) / 2
   - Вектор PQ = (b + d - a - c) / 2

   Убедимся, что MN = -PQ:
   - MN = (c + d - a - b) / 2
   - -PQ = -[(b + d - a - c) / 2] = (a + c - b - d) / 2

   Следовательно:
   - MN = -PQ

   Это доказывает, что MN и PQ параллельны и равны по модулю.

5. Поскольку две пары противоположных сторон в параллелограмме равны и параллельны, точки M, N, P и Q образуют параллелограмм.

6. Если в четырехугольнике ABCD середины противоположных сторон и диагоналей лежат на одной прямой, это означает, что ABCD – выпуклый четырёхугольник. В этом случае векторы MN и PQ будут коллинеарны (параллельны и направлены в одну сторону).

Ответ:
Середины противоположных сторон и диагоналей любого четырёхугольника образуют параллелограмм. Если середины этих отрезков лежат на одной прямой, то четырёхугольник является выпуклым.
от