Środek ciężkości czworościanu ortocentrycznego, jego ortocentrum i
środek sfery na nim opisanej leżą na jednej prostej, a ponadto środek
ciężkości jest środkiem odcinka łączącego pozostałe dwa wymienione
punkty.
Rozwiązanie
W czworościanie ortocentrycznym
niech
będzie
środkiem sfery opisanej, a
i
– środkami krawędzi
i
. Przez
oznaczmy środek odcinka
,
czyli środek ciężkości czworościanu
. Niech
będzie
punktem symetrycznym do
względem
(rysunek). Punkty
leżą wtedy na jednej prostej, a
jest środkiem
odcinka
. Wobec tego chcemy wykazać, że
jest
ortocentrum czworościanu
.
Zauważmy, że czworokąt
jest równoległobokiem.
W szczególności proste
i
są równoległe. Z definicji
punktów
i
wynika, że odcinki
i
są
prostopadłe, więc również
. Stąd i z prostopadłości
prostych
i
(
jest ortocentryczny!)
wynika, że płaszczyzna
jest prostopadła do prostej
.
W takim razie prosta
jest prostopadła do prostej
.
Analogicznie dowodzimy, że
jest prostopadła również do
prostej
.
To zaś oznacza, że jest prostopadła do całej płaszczyzny
, czyli
stanowi wysokość czworościanu
. Podobnie dowodzimy, że
proste
są wysokościami rozpatrywanego czworościanu, co
kończy dowód.