Задача про параллелограмм ABCD и точку O — пересечение диагоналей. O является серединой обеих диагоналей: AO = OC и DO = OB.
- Доказательство (а): AO + DC + OD + CB = AC + DA
Пусть A — начало координат. Обозначим векторы:
- AB = b, AD = d. Тогда B = b, D = d, C = B + D = b + d.
- O — середина диагоналей, поэтому O = (A + C)/2 = (0 + (b + d))/2 = (b + d)/2.
Вычислим нужные векторы:
- AO = O − A = (b + d)/2
- OD = D − O = d − (b + d)/2 = (d − b)/2
- DC = C − D = (b + d) − d = b
- CB = B − C = b − (b + d) = −d
- AC = C − A = b + d
- DA = A − D = −d
Теперь складываем:
Левое (левая часть) = AO + DC + OD + CB
= (b + d)/2 + b + (d − b)/2 − d
Сначала объединяем пары: (b + d)/2 + (d − b)/2 = d
Тогда левое = d + b − d = b
Правое (правая часть) = AC + DA = (b + d) + (−d) = b
Таким образом, AO + DC + OD + CB = AC + DA. Доказано.
- Доказательство (б): AB − AC = DB + DC
По тексту во второй части есть возможная опечатка: обычно верно именно AB − AC = DB − DC. Проверим обе версии.
Используем те же обозначения (A = 0, AB = b, AD = d, B = b, D = d, C = b + d):
- AB = B − A = b
- AC = C − A = b + d
- DB = B − D = b − d
- DC = C − D = b
Вычислим:
- AB − AC = b − (b + d) = −d
- DB − DC = (b − d) − b = −d
Таким образом AB − AC = DB − DC, что верно. Это стандартное тождество в параллелограмме: AB − AC = DB − DC.
Если же в условии действительно написано “DB + DC”, то это неверно (возьмём пример: A(0,0), B(1,0), D(0,1), C(1,1): AB − AC = (1,0) − (1,1) = (0,−1); DB + DC = (1,−1) + (1,0) = (2,−1); они не равны). Поэтому следует считать, что в условии опечатка и правильное равенство имеет знак минус: DB − DC.
Итог:
- а) AO + DC + OD + CB = AC + DA (верно).
- б) Правильная формулировка: AB − AC = DB − DC (верно). При исходной записи с плюсом равенство в общем случае неверно.