У Северного полюса, на острове Шпицберген в чертогах Снежной королевы хранился небывалой красоты ледяной алмаз в форме тетраэдра SABC. В Новогоднюю ночь злой тролль похитил часть алмаза, и эта часть имеет форму тетраэдра SAKM. Его верные ученики и от оставшейся части взяли себе кусок и тоже в форме тетраэдра — KABC. Снежной королеве осталась часть алмаза, и она имеет форму тетраэдра CAKM. Какую часть первоначального алмаза оставили Снежной королеве тролль и ученики? В треугольнике ABC угол B равен 90°, AB = 3, BC = 4, AS перпендикулярно плоскости ABC, AS = 4, AK перпендикулярно SB, AM перпендикулярно SC.
Заметим, что M лежит на ребре SC, K — на ребре SB и являются основаниями соответствующих высот.
Поскольку прямая CB перпендикулярна прямым AB и CB, она перпендикулярна плоскости ABS. Плоскости ABS и CBS пересекаются по прямой BS, перпендикулярной AK, поэтому прямая AK перпендикулярна плоскости CBS.
Следовательно, тетраэдры SABC и CAKM имеют общую высоту AK, поэтому их объемы относятся как их основания.
Отрезок AK — высота прямоугольного треугольника ABS, проведенная к гипотенузе BS. Поэтому и
Далее, отрезок AM — высота прямоугольного треугольника CAS, проведенная к гипотенузе CS. Поэтому и
Итак, откуда
Ответ:
Укажем другой подход.
Найдем, какую часть объема исходного тетраэдра SABC составляют отсеченные тетраэдры KABC и SAKM.
Тетраэдры SABC и KABC имеют общее основание, поэтому их объемы относятся как их высоты. Высоты, в свою очередь, относятся как гипотенузы соответствующих подобных треугольников:
Далее,
Найдем, какую часть объема составляет оставшаяся часть тетраэдра:
Приведем ещё одно решение.
Объемы тетраэдров с сонаправленными ребрами относятся как произведения этих ребер. Поэтому:
Аналогично,
Тогда
Примечание 1.
(*) Во всех решениях использована следующая теорема: в прямоугольном треугольнике с катетами а и b и гипотенузой с, высота, проведенная к гипотенузе, делит ее на отрезки и
Отношение этих отрезков к гипотенузе равны
и
Примечание 2.
В последнем решении можно было бы заметить, что откуда следует общая формула для ответа:

