|
Author |
hbghlyj
Posted at 17 hr ago
Last edited by hbghlyj at 16 hr agodoi.org/10.2307%2F3616345
THEOREM. The product of any couple of opposite edges of a tetrahedron is less than the sum of the products of the two others.
Without loss of generality, that is $e f<a c+b d$ (see Fig. 1), in the tetrahedron $A B C D$, where $A B=a, B C=b, C D=c, D A=d, A C=e$ and $B D=f$.
%20at%20(0,4);%0A%20%20%20%20%5Ccoordinate%20(B)%20at%20(-2,0);%0A%20%20%20%20%5Ccoordinate%20(D)%20at%20(4,0);%0A%20%20%20%20%5Ccoordinate%20(C)%20at%20(1,-2);%0A%20%20%20%20%5Cdraw%5Bthick%5D%20(A)%20--%20(B)%20--%20(C)%20--%20(D)%20--%20(A);%0A%20%20%20%20%5Cdraw%5Bthick%5D%20(A)%20--%20(C);%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Babove%20left%5D%20at%20(A)%20%7B%24A%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Bbelow%20left%5D%20at%20(B)%20%7B%24B%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Bbelow%20right%5D%20at%20(C)%20%7B%24C%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Bbelow%20right%5D%20at%20(D)%20%7B%24D%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Babove%20left%5D%20at%20(%24(A)!.5!(B)%24)%20%7B%24a%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Babove%20right%5D%20at%20(%24(A)!.5!(D)%24)%20%7B%24d%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Bleft%5D%20at%20(%24(A)!.5!(C)%24)%20%7B%24e%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Bbelow%5D%20at%20(%24(B)!.5!(C)%24)%20%7B%24b%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Bright%5D%20at%20(%24(C)!.5!(D)%24)%20%7B%24c%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Babove%5D%20at%20(%24(B)!.5!(D)%24)%20%7B%24f%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cdraw%5Bthin,%20dashed%5D%20(B)%20--%20(D);%0A%5Cend%7Btikzpicture%7D)
Rotate $\triangle C B D$ around the axis $B D$ (see Fig. 3) so that $\triangle B D C_1$ is congruent to $\triangle B D C$ and $A, B, D, C_1$ are planar. Let $A C_1=e_1$ and let $A C_1$ and $B D$ intersect at $O$. Then clearly
\[
e \leqslant A O+O C=A O+O C_1=e_1
\]
with equality if and only if $C=C_1$. Hence, for a proper tetrahedron, $e<e_1$ and (from the above proposition)
\[
e f<e_1 f \leqslant a c+b d
\]
%20at%20(0,4);%0A%20%20%20%20%5Ccoordinate%20(B)%20at%20(-2,0);%0A%20%20%20%20%5Ccoordinate%20(D)%20at%20(4,0);%0A%20%20%20%20%5Ccoordinate%20(C)%20at%20(1,-2);%0A%20%20%20%20%5Ccoordinate%20(C1)%20at%20(3,-2);%0A%20%20%20%20%5Cdraw%5Bthin,dashed%5D%20(A)%20--%20(C1)(B)%20--%20(C1)--(D);%0A%20%20%20%20%5Cdraw%5Bthick%5D%20(A)%20--%20(B)%20--%20(C)%20--%20(D)%20--%20(A);%0A%20%20%20%20%5Cdraw%5Bthick%5D%20(A)%20--%20(C);%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Babove%20left%5D%20at%20(A)%20%7B%24A%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Bbelow%20left%5D%20at%20(B)%20%7B%24B%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Bbelow%20right%5D%20at%20(C)%20%7B%24C%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Bbelow%20right%5D%20at%20(C1)%20%7B%24C_1%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Bbelow%20right%5D%20at%20(D)%20%7B%24D%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Babove%20left%5D%20at%20(%24(A)!.5!(B)%24)%20%7B%24a%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Babove%20right%5D%20at%20(%24(A)!.5!(D)%24)%20%7B%24d%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Bleft%5D%20at%20(%24(A)!.5!(C)%24)%20%7B%24e%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Bright%5D%20at%20(%24(A)!.5!(C1)%24)%20%7B%24e_1%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Bbelow%5D%20at%20(%24(B)!.5!(C)%24)%20%7B%24b%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Bbelow%5D%20at%20(%24(B)!.5!(C1)%24)%20%7B%24b%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Bright%5D%20at%20(%24(C)!.5!(D)%24)%20%7B%24c%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Bright%5D%20at%20(%24(C1)!.5!(D)%24)%20%7B%24c%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cnode%5Babove%5D%20at%20(%24(B)!.5!(D)%24)%20%7B%24f%24%7D;%0A%20%20%20%20%5Cdraw%5Bthin,%20dashed%5D%20(B)%20--%20(D)node%5Bbelow%5D%20at%20(2,0)%20%7B%24O%24%7D;;%0A%5Cdraw%5B-latex,xshift=37mm%5D%20(-170:1)%20arc%5Bstart%20angle=-170,%20end%20angle=-100,%20radius=.8%5D;%0A%5Cend%7Btikzpicture%7D) |
|