В пространстве задано остроугольное треугольное основание ABC и точка D над плоскостью основания; исследуйте условие, при котором проекции высот из D на стороны ABC делят стороны пополам, и найдите геометрическую интерпретацию
Ответ: это равносильно тому, что DA=DB=DCDA=DB=DCDA=DB=DC. Геометрическая интерпретация: точка DDD лежит на прямой, проходящей через центр описанной окружности OOO треугольника ABCABCABC и перпендикулярной плоскости основания (эксцентральная ось); эквивалентно DDD — центр сферы, проходящей через A,B,CA,B,CA,B,C. Короткое обоснование. Пусть для стороны ABABAB её середина MMM — точка, в которую падает перпендикуляр из DDD. Тогда условие DM⊥ABDM\perp ABDM⊥AB эквивалентно DA2−DB2=(D−A)2−(D−B)2=−2(D−M)⋅(A−B)=0,
DA^2-DB^2=(D-A)^2-(D-B)^2=-2(D-M)\cdot(A-B)=0, DA2−DB2=(D−A)2−(D−B)2=−2(D−M)⋅(A−B)=0,
то есть DA=DBDA=DBDA=DB. Аналогично для других сторон получаем DA=DB=DCDA=DB=DCDA=DB=DC. Обратное также верно: если DA=DBDA=DBDA=DB, то DM⊥ABDM\perp ABDM⊥AB при MMM — середине ABABAB. Таким образом все три проекции делят стороны пополам ровно тогда, когда DDD равноудалена от вершин основания.
Короткое обоснование. Пусть для стороны ABABAB её середина MMM — точка, в которую падает перпендикуляр из DDD. Тогда условие DM⊥ABDM\perp ABDM⊥AB эквивалентно
DA2−DB2=(D−A)2−(D−B)2=−2(D−M)⋅(A−B)=0, DA^2-DB^2=(D-A)^2-(D-B)^2=-2(D-M)\cdot(A-B)=0,
DA2−DB2=(D−A)2−(D−B)2=−2(D−M)⋅(A−B)=0, то есть DA=DBDA=DBDA=DB. Аналогично для других сторон получаем DA=DB=DCDA=DB=DCDA=DB=DC. Обратное также верно: если DA=DBDA=DBDA=DB, то DM⊥ABDM\perp ABDM⊥AB при MMM — середине ABABAB. Таким образом все три проекции делят стороны пополам ровно тогда, когда DDD равноудалена от вершин основания.