Геометрия. 7–9 классы · Атанасян, Бутузов и др.

Задание 871

Задачи повышенной трудности

Задача 1

Условие (кратко)

Докажите, что если противоположные стороны выпуклого четырёхугольника не параллельны, то их полусумма больше отрезка, соединяющего середины двух других противоположных сторон.

Решение

Дано: \(ABCD\) — выпуклый четырёхугольник, \(AB \nparallel CD\), \(M\) и \(N\) — середины \(AD\) и \(BC\). Доказать: \(MN < \dfrac{AB + CD}{2}\).

  1. Отметим точку \(D_1\), симметричную \(D\) относительно \(N\). В четырёхугольнике \(BD_1CD\) диагонали \(BC\) и \(DD_1\) точкой пересечения \(N\) делятся пополам, значит, это параллелограмм: \(BD_1 = CD\) и \(BD_1 \parallel CD\).

  2. В треугольнике \(ADD_1\) точка \(M\) — середина \(AD\), точка \(N\) — середина \(DD_1\), поэтому \(MN\) — средняя линия: \(MN = \dfrac{AD_1}{2}\).

  3. Точки \(A\), \(B\), \(D_1\) не лежат на одной прямой: иначе прямая \(AB\) совпала бы с прямой \(BD_1\), параллельной \(CD\), и было бы \(AB \parallel CD\). Значит, \(ABD_1\) — треугольник, и по неравенству треугольника \(AD_1 < AB + BD_1 = AB + CD\).

  4. Следовательно, \(MN = \dfrac{AD_1}{2} < \dfrac{AB + CD}{2}\).

Заметим: для любых точек верно \(AD_1 \le AB + BD_1\), поэтому всегда \(MN \le \dfrac{AB + CD}{2}\), а строгое неравенство — когда \(AB \nparallel CD\).

Ответ
Утверждение доказано, MN < (AB + CD)/2
Почему так

После симметрии точки D относительно середины BC отрезок MN становится средней линией треугольника, и работает неравенство треугольника.

Подробнее — в теме «Средняя линия треугольника».

Условия задач приведены кратким пересказом. Полный текст — в учебнике «Геометрия. 7–9 классы» (Л. С. Атанасян, В. Ф. Бутузов, С. Б. Кадомцев, Э. Г. Позняк, И. И. Юдина; Просвещение, 2023, 2024).

Нашли ошибку?

Опечатка, неверный ответ, непонятное объяснение — напишите, что не так. Мы проверим и исправим.