Question

Доказать, что плоскость, проходящая через концы трех ребер куба, выходящих из одной его вершины, перпендикулярна диагонали куба,

выходящей из той же вершины куба, и отсекает от него третью часть.

Answer 1

Если взять куб ABCDA1B1C1D1, то фигура с вершинами A1BC1D - правильный тетраэдр. Поэтому проекция точки С1 на плоскость A1BD - это центр правильного треугольника A1BD - пусть это точка Q1. 

У пирамиды AA1BD основание A1BD - правильный треугольник, и все боковые ребра равны (это ребра куба). Поэтому проекция точки A на плоскость A1BD - это центр правильного треугольника A1BD - точка Q1. Поскольку есть только одна прямая, перпендикулярная плоскости A1BD и проходящая через заданную точку  Q1 - центр треугольника A1BD, то AC1 перпендикулярно A1BD.

что и требовалось доказать.

Если провести еще одну плоскость - B1D1C, то она тоже перпендикулярна AC1 (доказывается точно так же, пусть центр треугольника B1D1C - точка Q2), то есть параллельна плоскости BDA1.

Поэтому эти две плоскости (поскольку они параллельны) отсекают на разных прямых пропорциональные отрезки. То есть AQ1/Q1Q2 = AM/MC (М - центр грани ABCD) и Q1Q2/Q2C1 = A1M1/M1C1 (М1 - центр грани A1B1C1D1).

Поэтому плоскости A1BD и B1D1C делят AC1 на три равных отрезка.

что и требовалось доказать.