Номер 47, страница 20 - гдз по геометрии 10-11 класс учебник Атанасян, Бутузов

§ 2. Взаимное расположение прямых в пространстве. Глава 1. Параллельность прямых и плоскостей - номер 47, страница 20.

47. В пространственном четырёхугольнике ABCD стороны АВ и CD равны. Докажите, что прямые АВ и CD образуют равные углы с прямой, проходящей через середины отрезков ВС и AD.

Пусть $ABCD$ — заданный пространственный четырехугольник. Обозначим через $M$ середину отрезка $BC$ и через $N$ середину отрезка $AD$. Требуется доказать, что прямые $AB$ и $CD$ образуют равные углы с прямой $MN$. По условию, длины сторон $AB$ и $CD$ равны, то есть $AB = CD$.

Для доказательства используем метод дополнительного построения. Введем вспомогательную точку $K$, которая является серединой диагонали $AC$. Соединим точки $M$, $N$ и $K$ отрезками.

Рассмотрим треугольник $ABC$. Отрезок $MK$ соединяет середины сторон $BC$ и $AC$. Согласно свойству средней линии треугольника, отрезок $MK$ параллелен стороне $AB$ и его длина равна половине длины стороны $AB$. Таким образом, мы имеем:

$MK \parallel AB$ и $MK = \frac{1}{2}AB$.

Теперь рассмотрим треугольник $ADC$. Аналогично, отрезок $NK$ соединяет середины сторон $AD$ и $AC$. Следовательно, $NK$ является средней линией треугольника $ADC$. По свойству средней линии, $NK$ параллельна стороне $CD$ и ее длина равна половине длины стороны $CD$. Таким образом:

$NK \parallel CD$ и $NK = \frac{1}{2}CD$.

Угол между двумя скрещивающимися прямыми по определению равен углу между двумя пересекающимися прямыми, которые соответственно параллельны исходным.

Поскольку $MK \parallel AB$, угол между прямой $MN$ и прямой $AB$ равен углу между прямой $MN$ и прямой $MK$. В треугольнике $KMN$ этот угол соответствует $\angle KMN$.

Поскольку $NK \parallel CD$, угол между прямой $MN$ и прямой $CD$ равен углу между прямой $MN$ и прямой $NK$. В треугольнике $KMN$ этот угол соответствует $\angle KNM$.

Следовательно, задача сводится к доказательству равенства углов $\angle KMN$ и $\angle KNM$ в треугольнике $KMN$.

Из условия задачи нам известно, что $AB = CD$. Используя выведенные ранее соотношения для длин $MK$ и $NK$, получаем:

$MK = \frac{1}{2}AB$ и $NK = \frac{1}{2}CD$.

Так как $AB = CD$, то и $MK = NK$.

Треугольник $KMN$, в котором две стороны ($MK$ и $NK$) равны, является равнобедренным с основанием $MN$. В равнобедренном треугольнике углы, прилежащие к основанию, равны. Следовательно, $\angle KMN = \angle KNM$.

Так как мы установили, что угол между $AB$ и $MN$ равен $\angle KMN$, а угол между $CD$ и $MN$ равен $\angle KNM$, то из равенства $\angle KMN = \angle KNM$ следует, что прямые $AB$ и $CD$ образуют равные углы с прямой, проходящей через середины отрезков $BC$ и $AD$, что и требовалось доказать.

Ответ: Утверждение, данное в условии задачи, доказано.