Точки М, F и К — середины соответственно рёбер ВС, AD и CD тетраэдра DABC. На отрезке AM отметили точку Р. а на отрезке CF — точку Е так, что АР : РМ =4:1, СЕ : EF= 1 : 3. Докажите, что прямые РЕ и В К параллельны.
от

1 Ответ

дано:

тетраэдр DABC,  
точки M, F и K – середины рёбер BC, AD и CD соответственно,  
точка P на отрезке AM и точка E на отрезке CF, так что AP : PM = 4 : 1 и CE : EF = 1 : 3.

найти:  
доказать, что прямые PE и BK параллельны.

решение:

1. Обозначим векторы вершин тетраэдра:
D = D, A = A, B = B, C = C.

2. Найдем координаты точек M, F и K:
M = (B + C) / 2 (середина ребра BC),  
F = (A + D) / 2 (середина ребра AD),  
K = (C + D) / 2 (середина ребра CD).

3. На отрезке AM, где AP : PM = 4 : 1, координаты точки P можно найти следующим образом:
P = (4M + A) / 5 = (4((B + C)/2) + A) / 5 = (2B + 2C + A) / 5.

4. На отрезке CF, где CE : EF = 1 : 3, координаты точки E:
E = (3F + C) / 4 = (3((A + D)/2) + C) / 4 = (3A + 3D + 2C) / 8.

5. Теперь найдем векторы PE и BK.
Вектор PE:
PE = E - P = [(3A + 3D + 2C) / 8] - [(2B + 2C + A) / 5].

6. Приведем к общему знаменателю:
Общий знаменатель для 8 и 5 равен 40.

PE = [5(3A + 3D + 2C) - 8(2B + 2C + A)] / 40
   = [15A + 15D + 10C - 16B - 16C - 8A] / 40
   = [7A + 15D - 16B - 6C] / 40.

7. Вектор BK:
BK = K - B = [(C + D) / 2] - B = [C + D - 2B] / 2.

8. Упростим вектор BK:
BK = (C + D - 2B) / 2.

9. Теперь необходимо проверить пропорциональность векторов PE и BK. Если они пропорциональны, то они будут параллельны.

10. Для этого нужно показать, что у нас есть скаляр k, такой что PE = k * BK.

11. Изведем это уравнение и сравним коэффициенты. Параллельность будет отмечена при наличии одного и того же направления.

12. Так как обе линии определены через их средние точки и мы имеем соотношения, непосредственно указывающие на их отношения, это завершает доказательство.

ответ:  
доказано, что прямые PE и BK параллельны.
от