Can the 4 incenters of the 4 faces of some tetrahedron be coplanar?
Могут ли 4 центра вписанных в грани тетраэдра окружностей лежать в одной плоскости?
Can the 4 incenters of the 4 faces of some tetrahedron be coplanar?
Могут ли 4 центра вписанных в грани тетраэдра окружностей лежать в одной плоскости?
Ответ. Не могут.
Пусть — центры вписанных окружностей треугольников соответственно. Предположим, что они лежат в одной плоскости. Тогда либо они образуют выпуклый четырёхугольник, либо одна из этих точек лежит в треугольнике, образованном тремя другими.
Случай 1. Пусть без ограничения общности — выпуклый четырёхугольник: тогда отрезки и пересекаются. Обозначим через середины рёбер соответственно (см. рис. 24).

Рассмотрим треугольник . Проведём через точку прямую , параллельную ; тогда вписанная окружность этого треугольника лежит между прямыми и , касаясь , но не касаясь . Это значит, что точки и лежат по разные стороны от средней линии (см. рис. 25).

Аналогично получаем, что точки и окажутся по одну сторону от плоскости , а точки и — по другую. Но тогда отрезки и не могут пересекаться — противоречие.
Случай 2. Осталось показать, что точка не может лежать в треугольнике . Это следует из того, что точки лежат строго по одну сторону от плоскости , а точка — в этой плоскости.