Przeskocz do treści

Delta mi!

Kącik przestrzenny

Trzy rozwiązania pewnego zadania

Michał Kieza

o artykule ...

  • Publikacja w Delcie: grudzień 2011
  • Publikacja elektroniczna: 01-12-2011
  • Wersja do druku [application/pdf]: (63 KB)

W tym kąciku zajmiemy się pewnym zadaniem o czworościanie foremnym, o którym, między innymi, miałem okazję opowiadać na XLVI Szkole Matematyki Poglądowej pod hasłem Podejście niestandardowe.

Zadanie. Dany jest czworościan foremny o krawędzi długości math Punkty math i math  leżą na krawędziach math  i math  przy czym math   math  math   math  Znaleźć długość odcinka math

Zadanie jest szkolne, a więc zobaczmy, jak wygląda typowo szkolny sposób rozwiązywania.

obrazek

Sposób I – za pomocą twierdzenia Pitagorasa. Oznaczmy przez math  i math  środki krawędzi math  i math  Odcinki math  i math  są wysokościami trójkątów równobocznych math  i math  a więc ich długości są równe math Trójkąt math  jest więc równoramienny, zatem jego środkowa math  jest jednocześnie jego wysokością i z twierdzenia Pitagorasa obliczymy, że math  Jeśli math to wiemy już, że math  Dalej przyjmijmy dla ustalenia uwagi, że math Trójkąt math  jest prostokątny, a skoro math  to znów korzystając z twierdzenia Pitagorasa, obliczymy, że

display-math

Płaszczyzna math  jest płaszczyzną symetralną odcinka math  a więc jest do niego prostopadła. To samo dotyczy dowolnej prostej w niej zawartej, skąd wniosek, że math  Z twierdzenia Pitagorasa dla trójkąta prostokątnego math  dostajemy

display-math

skąd math


Rachunki dość uciążliwe, ale wynik podejrzanie ładny math Spróbujmy więc innego podejścia. Doświadczony uczestnik olimpiad, jak również Czytelnik Uważny, spojrzałby na to w następujący sposób.

obrazek

Sposób II – za pomocą wpisania czworościanu foremnego w sześcian. Na czworościanie math  opiszmy sześcian math  Długość jego krawędzi jest równa math Niech math  będzie takim punktem na odcinku math  że math  i  math  Wtedy odcinek math  jest prostopadły do podstawy math  a jego długość jest równa długości krawędzi sześcianu, czyli math Znowu, jeśli math to punkt math  pokrywa się z punktem math a więc odcinek math  pokrywa się z math  – stąd math  W przeciwnym przypadku trójkąt math  jest prostokątny. Korzystając np. z twierdzenia Talesa, możemy obliczyć, że math  Stosując teraz twierdzenie Pitagorasa dla trójkąta math  otrzymujemy

display-math

i znów math


obrazek

Tym razem rachunki były krótsze, ale nadal trzeba coś obliczyć, a poza tym w obu rozwiązaniach obliczenia nie obejmują przypadku math Pokażemy więc sposób, który daje wynik natychmiast i bez rozpatrywania dwóch przypadków.

Sposób III – za pomocą... chytrego, niestandardowego pomysłu. Niech math będzie takim punktem leżącym na krawędzi math że math i  math Trójkąty math i math  są równoboczne, a stąd wynika, że math i  math  Z twierdzenia odwrotnego do twierdzenia Talesa wnioskujemy, że math  i  math  Ale krawędzie math  i math  czworościanu math  są prostopadłe (dlaczego?), skąd wnioskujemy, że trójkąt math  jest prostokątny. Twierdzenie Pitagorasa daje więc wynik math