Легко показать, что центр лежит на высоте тетраэдра из вершины D (на прямой, содержащей эту высоту). Если M - середина AB, а N - середина BC, E - центр ABD, F - центр ACD, то плоскость ADN перпендикулярна EF и делит этот отрезок пополам, точно так же плоскость CDM перпендикулярна AB и делит её пополам. Поэтому центр лежит на пересечении этих плоскостей, то есть на высоте тетраэдра. Удивительно :), но задача решается на много проще, если к уже заявленным точкам A B E F, через которые проходит сфера, добавить еще точку С и точку G - центр грани BCD. Сечения сферы параллельными плоскостями ABC и EFG - окружности, описанные вокруг правильных треугольников ABC (с стороной 2, радиус описанной окружности 2/√3)) и EFG. Само собой, центры этих треугольников (и окружностей) тоже лежат на высоте тетраэдра из точки D. Расстояние между плоскостями этих сечений-окружностей равно d = H/3, где H = 2*√(2/3); - высота тетраэдров, то есть d = (2/3)*√(2/3); Стороны треугольника EFG соединяют середины линий, проведенных через центры боковых граней параллельно основанию. То есть они равны (1/2)*(2/3)*2 = 2/3; радиус описанной окружности равен r2 = r1/3; Таким образом, задача теперь звучит так. Надо найти радиус сферы, если известны радиусы двух параллельных сечений этой сферы r1 и r2 и расстояние между ними d; Пусть x - расстояние от центра сферы до плоскости ABC, R - радиус сферы. x^2 + r1^2 = R^2; (x + d)^2 + r2^2 = R^2; Откуда легко найти x = (r1^2 - r2^2 - d^2)/(2*d); легко найти x = √(2/3); то есть это половина высоты тетраэдра. То есть центр сферы лежит ниже плоскости ABC на расстоянии H/2 от неё. R = √2;
Если рассуждать логически то если точка p лежит внутри треугольника. То площадь каждого треугольника в 3 раза меньше площади ABC. Тогда если провести высоты из точки p на стороны и высоты данного треугольника. То высота треугольника на данную сторону в 3 раза больше маленькой высоты на данную сторону. То из теоремы Фалеса следует. Что точка P лежит на отрезке паралельном стороне треугольника и делящем боковые стороны в отношении 2:1 cчитая от вершины. Другими словами она находится в точке пересечения отрезков параллельных основаниям и делящим другие стороны в отношении 2:1 ,считая от противолежащих вершин. НО в целом медианы тоже cекутся как 2:1. Поэтому из теоремы фалеса точка p1. Точка пересечения медиан. Что в принципе и следовало ожидать :) Если точка p лежит вне треугольника. То из рисунка видно что если S площадь нашего треугольника. S1-площади полученных. То 2S1-S1=S S1=S. То есть высоты равны. Точек лежащих вне треугольника всегда 3 лежащих за каждой из сторон треугольника. Точек лежащих на стыке сторон (на продолжениях высот треугольников нет тк S=S1-2S1<0 ) Из сказанного выше следует что для того чтобы найти эти 3 точки достаточно провести через каждую вершину треугольника прямую параллельную противолежащей стороне. Точки пересечения и дадут 3 данные точки. Таким образом точек всегда 4. Удачи :)
