IMO 1970 · Problem 5
In the tetrahedron \(ABCD\), angle \(BDC\) is a right angle. Suppose that the foot \(H\) of the perpendicular from \(D\) to the plane \(ABC\) is the intersection of the altitudes of \(\triangle ABC\). Prove that \[ (AB+BC+CA)^2\leq 6(AD^2+BD^2+CD^2). \] For what tetrahedra does equality hold?
Official text of the problem. Official problem paper (PDF)
Answer
Equality holds precisely when the three edges \(DA,DB,DC\) are mutually perpendicular and have equal lengths.
Solution
Take \(D\) as the origin and write \[ \mathbf a=\overrightarrow{DA},\qquad \mathbf b=\overrightarrow{DB},\qquad \mathbf c=\overrightarrow{DC},\qquad \mathbf h=\overrightarrow{DH}. \] We first prove that \(\mathbf a,\mathbf b,\mathbf c\) are pairwise perpendicular.
Since \(DH\) is perpendicular to the plane \(ABC\), \[ \mathbf h\cdot(\mathbf b-\mathbf c)=0. \] Also, because \(H\) lies on the altitude from \(A\), \[ (\mathbf a-\mathbf h)\cdot(\mathbf b-\mathbf c)=0. \] Adding gives \[ \mathbf a\cdot\mathbf b=\mathbf a\cdot\mathbf c. \] Applying the same argument to the altitude from \(B\) yields \[ \mathbf b\cdot\mathbf a=\mathbf b\cdot\mathbf c. \] Thus all three pairwise scalar products are equal. The hypothesis \(\angle BDC=90^\circ\) gives \(\mathbf b\cdot\mathbf c=0\), so \[ \mathbf a\cdot\mathbf b =\mathbf a\cdot\mathbf c =\mathbf b\cdot\mathbf c=0. \] These equations remain valid regardless of the location of \(H\).
Consequently, by the Pythagorean theorem, \[ AB^2=AD^2+BD^2,\qquad BC^2=BD^2+CD^2,\qquad CA^2=CD^2+AD^2. \] The Cauchy–Schwarz inequality now gives \[ \begin{aligned} (AB+BC+CA)^2 &\leq 3(AB^2+BC^2+CA^2)\\ &=6(AD^2+BD^2+CD^2), \end{aligned} \] as required.
Equality holds if and only if \(AB=BC=CA\). By the three Pythagorean identities, this is equivalent to \(AD=BD=CD\). Together with the perpendicularity already proved, this gives the stated characterization.
To verify that these equality configurations satisfy all the hypotheses, take, for any \(t>0\), \[ D=(0,0,0),\quad A=(t,0,0),\quad B=(0,t,0),\quad C=(0,0,t). \] The plane \(ABC\) is \(x+y+z=t\), so the perpendicular foot from \(D\) is \[ H=(t/3,t/3,t/3). \] Here \[ \overrightarrow{AH}\cdot\overrightarrow{BC} =(-2t/3,t/3,t/3)\cdot(0,-t,t)=0, \] and the corresponding identities hold cyclically. Hence \(H\) is the orthocentre of \(ABC\); also \(\angle BDC=90^\circ\). All three sides of \(ABC\) equal \(t\sqrt2\), so equality indeed holds.
The solution was checked against John Scholes' IMO solution archive (Kalva).
IMO 1970 · Aufgabe 5
Im Tetraeder \(ABCD\) ist der Winkel \(BDC\) ein rechter Winkel. Der Fußpunkt \(H\) des Lotes von \(D\) auf die Ebene \(ABC\) sei der Schnittpunkt der Höhen von \(\triangle ABC\). Man beweise, dass \[ (AB+BC+CA)^2\leq 6(AD^2+BD^2+CD^2). \] Für welche Tetraeder gilt Gleichheit?
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt. Offizielles Aufgabenblatt (PDF)
Antwort
Gleichheit gilt genau dann, wenn die drei Kanten \(DA,DB,DC\) paarweise senkrecht aufeinander stehen und gleich lang sind.
Lösung
Wir wählen \(D\) als Ursprung und schreiben \[ \mathbf a=\overrightarrow{DA},\qquad \mathbf b=\overrightarrow{DB},\qquad \mathbf c=\overrightarrow{DC},\qquad \mathbf h=\overrightarrow{DH}. \] Wir beweisen zunächst, dass \(\mathbf a,\mathbf b,\mathbf c\) paarweise senkrecht aufeinander stehen.
Da \(DH\) senkrecht auf der Ebene \(ABC\) steht, gilt \[ \mathbf h\cdot(\mathbf b-\mathbf c)=0. \] Da \(H\) auf der Höhe durch \(A\) liegt, gilt außerdem \[ (\mathbf a-\mathbf h)\cdot(\mathbf b-\mathbf c)=0. \] Durch Addition ergibt sich \[ \mathbf a\cdot\mathbf b=\mathbf a\cdot\mathbf c. \] Dasselbe Argument für die Höhe durch \(B\) liefert \[ \mathbf b\cdot\mathbf a=\mathbf b\cdot\mathbf c. \] Somit sind alle drei paarweisen Skalarprodukte gleich. Aus der Voraussetzung \(\angle BDC=90^\circ\) folgt \(\mathbf b\cdot\mathbf c=0\), also \[ \mathbf a\cdot\mathbf b =\mathbf a\cdot\mathbf c =\mathbf b\cdot\mathbf c=0. \] Diese Gleichungen gelten unabhängig von der Lage von \(H\).
Folglich gilt nach dem Satz des Pythagoras \[ AB^2=AD^2+BD^2,\qquad BC^2=BD^2+CD^2,\qquad CA^2=CD^2+AD^2. \] Die Cauchy–Schwarz-Ungleichung ergibt nun \[ \begin{aligned} (AB+BC+CA)^2 &\leq 3(AB^2+BC^2+CA^2)\\ &=6(AD^2+BD^2+CD^2), \end{aligned} \] wie gefordert.
Gleichheit gilt genau dann, wenn \(AB=BC=CA\). Nach den drei pythagoreischen Identitäten ist dies äquivalent zu \(AD=BD=CD\). Zusammen mit der bereits bewiesenen paarweisen Senkrechtstellung ergibt dies die angegebene Charakterisierung.
Um zu überprüfen, dass diese Gleichheitskonfigurationen alle Voraussetzungen erfüllen, wählen wir für ein beliebiges \(t>0\) \[ D=(0,0,0),\quad A=(t,0,0),\quad B=(0,t,0),\quad C=(0,0,t). \] Die Ebene \(ABC\) hat die Gleichung \(x+y+z=t\), sodass der Fußpunkt des Lotes von \(D\) auf diese Ebene \[ H=(t/3,t/3,t/3) \] ist. Hier gilt \[ \overrightarrow{AH}\cdot\overrightarrow{BC} =(-2t/3,t/3,t/3)\cdot(0,-t,t)=0, \] und die entsprechenden Identitäten gelten bei zyklischer Vertauschung. Daher ist \(H\) der Höhenschnittpunkt von \(ABC\); außerdem gilt \(\angle BDC=90^\circ\). Alle drei Seiten von \(ABC\) haben die Länge \(t\sqrt2\), sodass tatsächlich Gleichheit gilt.
Die Lösung wurde mit dem IMO-Lösungsarchiv von John Scholes (Kalva) abgeglichen.
IMO 1970 · Soru 5
\(ABCD\) dörtyüzlüsünde \(BDC\) açısı dik açıdır. \(D\)'den \(ABC\) düzlemine indirilen dikmenin ayağı \(H\)'nin, \(\triangle ABC\)'nin yüksekliklerinin kesişim noktası olduğunu varsayalım. Şunu kanıtlayınız: \[ (AB+BC+CA)^2\leq 6(AD^2+BD^2+CD^2). \] Hangi dörtyüzlüler için eşitlik sağlanır?
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir. Resmi soru kâğıdı (PDF)
Cevap
Eşitlik, ancak ve ancak \(DA,DB,DC\) ayrıtları birbirlerine dik ve eşit uzunlukta olduğunda sağlanır.
Çözüm
\(D\)'yi başlangıç noktası alıp \[ \mathbf a=\overrightarrow{DA},\qquad \mathbf b=\overrightarrow{DB},\qquad \mathbf c=\overrightarrow{DC},\qquad \mathbf h=\overrightarrow{DH} \] yazalım. Önce \(\mathbf a,\mathbf b,\mathbf c\) vektörlerinin ikişer ikişer dik olduğunu kanıtlayalım.
\(DH\), \(ABC\) düzlemine dik olduğundan, \[ \mathbf h\cdot(\mathbf b-\mathbf c)=0. \] Ayrıca, \(H\), \(A\)'dan geçen yükseklik üzerinde olduğundan, \[ (\mathbf a-\mathbf h)\cdot(\mathbf b-\mathbf c)=0. \] Toplayınca \[ \mathbf a\cdot\mathbf b=\mathbf a\cdot\mathbf c \] elde edilir. Aynı akıl yürütmeyi \(B\)'den geçen yüksekliğe uygulayarak \[ \mathbf b\cdot\mathbf a=\mathbf b\cdot\mathbf c \] buluruz. Böylece, ikişer ikişer alınan üç skaler çarpım birbirine eşittir. \(\angle BDC=90^\circ\) varsayımından \(\mathbf b\cdot\mathbf c=0\) elde edilir; dolayısıyla \[ \mathbf a\cdot\mathbf b =\mathbf a\cdot\mathbf c =\mathbf b\cdot\mathbf c=0. \] Bu eşitlikler, \(H\)'nin konumundan bağımsız olarak geçerlidir.
Dolayısıyla Pisagor teoremine göre, \[ AB^2=AD^2+BD^2,\qquad BC^2=BD^2+CD^2,\qquad CA^2=CD^2+AD^2. \] Şimdi Cauchy–Schwarz eşitsizliğinden, istendiği gibi, \[ \begin{aligned} (AB+BC+CA)^2 &\leq 3(AB^2+BC^2+CA^2)\\ &=6(AD^2+BD^2+CD^2), \end{aligned} \] elde edilir.
Eşitlik, ancak ve ancak \(AB=BC=CA\) olduğunda sağlanır. Üç Pisagor özdeşliğine göre bu, \(AD=BD=CD\) koşuluna denktir. Daha önce kanıtlanan diklikle birlikte bu, belirtilen karakterizasyonu verir.
Bu eşitlik durumlarının tüm varsayımları sağladığını doğrulamak için, herhangi bir \(t>0\) için \[ D=(0,0,0),\quad A=(t,0,0),\quad B=(0,t,0),\quad C=(0,0,t) \] alalım. \(ABC\) düzlemi \(x+y+z=t\) olduğundan, \(D\)'den indirilen dikmenin ayağı \[ H=(t/3,t/3,t/3) \] olur. Burada \[ \overrightarrow{AH}\cdot\overrightarrow{BC} =(-2t/3,t/3,t/3)\cdot(0,-t,t)=0, \] ve karşılık gelen özdeşlikler döngüsel olarak da geçerlidir. Dolayısıyla \(H\), \(ABC\)'nin diklik merkezidir; ayrıca \(\angle BDC=90^\circ\)'dir. \(ABC\)'nin üç kenarının her biri \(t\sqrt2\)'ye eşit olduğundan, eşitlik gerçekten sağlanır.
Çözüm, John Scholes'un IMO çözüm arşiviyle (Kalva) karşılaştırılarak kontrol edildi.
IMO 1970 · Problema 5
En el tetraedro \(ABCD\), el ángulo \(BDC\) es recto. Supongamos que el pie \(H\) de la perpendicular desde \(D\) al plano \(ABC\) es la intersección de las alturas de \(\triangle ABC\). Demostrar que \[ (AB+BC+CA)^2\leq 6(AD^2+BD^2+CD^2). \] ¿Para qué tetraedros se cumple la igualdad?
Enunciado traducido del texto oficial en inglés. Enunciado oficial (PDF)
Respuesta
La igualdad se cumple precisamente cuando las tres aristas \(DA,DB,DC\) son perpendiculares entre sí y tienen la misma longitud.
Solución
Tomemos \(D\) como origen y escribamos \[ \mathbf a=\overrightarrow{DA},\qquad \mathbf b=\overrightarrow{DB},\qquad \mathbf c=\overrightarrow{DC},\qquad \mathbf h=\overrightarrow{DH}. \] Primero demostramos que \(\mathbf a,\mathbf b,\mathbf c\) son perpendiculares dos a dos.
Como \(DH\) es perpendicular al plano \(ABC\), \[ \mathbf h\cdot(\mathbf b-\mathbf c)=0. \] Además, como \(H\) pertenece a la altura trazada desde \(A\), \[ (\mathbf a-\mathbf h)\cdot(\mathbf b-\mathbf c)=0. \] Sumando obtenemos \[ \mathbf a\cdot\mathbf b=\mathbf a\cdot\mathbf c. \] Aplicando el mismo argumento a la altura trazada desde \(B\), resulta \[ \mathbf b\cdot\mathbf a=\mathbf b\cdot\mathbf c. \] Así, los tres productos escalares por pares son iguales. La hipótesis \(\angle BDC=90^\circ\) da \(\mathbf b\cdot\mathbf c=0\), por lo que \[ \mathbf a\cdot\mathbf b =\mathbf a\cdot\mathbf c =\mathbf b\cdot\mathbf c=0. \] Estas ecuaciones siguen siendo válidas cualquiera que sea la posición de \(H\).
En consecuencia, por el teorema de Pitágoras, \[ AB^2=AD^2+BD^2,\qquad BC^2=BD^2+CD^2,\qquad CA^2=CD^2+AD^2. \] La desigualdad de Cauchy–Schwarz da ahora \[ \begin{aligned} (AB+BC+CA)^2 &\leq 3(AB^2+BC^2+CA^2)\\ &=6(AD^2+BD^2+CD^2), \end{aligned} \] como se quería demostrar.
La igualdad se cumple si y solo si \(AB=BC=CA\). Por las tres identidades pitagóricas, esto equivale a \(AD=BD=CD\). Junto con la perpendicularidad ya demostrada, esto da la caracterización enunciada.
Para verificar que estas configuraciones de igualdad satisfacen todas las hipótesis, tomemos, para cualquier \(t>0\), \[ D=(0,0,0),\quad A=(t,0,0),\quad B=(0,t,0),\quad C=(0,0,t). \] El plano \(ABC\) es \(x+y+z=t\), por lo que el pie de la perpendicular desde \(D\) es \[ H=(t/3,t/3,t/3). \] Aquí \[ \overrightarrow{AH}\cdot\overrightarrow{BC} =(-2t/3,t/3,t/3)\cdot(0,-t,t)=0, \] y las identidades correspondientes se cumplen por permutación cíclica. Por tanto, \(H\) es el ortocentro de \(ABC\); además, \(\angle BDC=90^\circ\). Los tres lados de \(ABC\) miden \(t\sqrt2\), por lo que, en efecto, se cumple la igualdad.
La solución se comprobó con el archivo de soluciones de la IMO de John Scholes (Kalva).
IMO 1970 · 问题 5
在四面体 \(ABCD\) 中,角 \(BDC\) 为直角。假设从 \(D\) 向平面 \(ABC\) 所作垂线的垂足 \(H\) 是 \(\triangle ABC\) 的三条高的交点。证明 \[ (AB+BC+CA)^2\leq 6(AD^2+BD^2+CD^2). \] 对于哪些四面体,等号成立?
题目译自官方英文原文。 官方试卷 (PDF)
答案
等号成立当且仅当三条棱 \(DA,DB,DC\) 两两垂直且长度相等。
解答
以 \(D\) 为原点,记 \[ \mathbf a=\overrightarrow{DA},\qquad \mathbf b=\overrightarrow{DB},\qquad \mathbf c=\overrightarrow{DC},\qquad \mathbf h=\overrightarrow{DH}. \] 我们先证明 \(\mathbf a,\mathbf b,\mathbf c\) 两两垂直。
由于 \(DH\) 垂直于平面 \(ABC\), \[ \mathbf h\cdot(\mathbf b-\mathbf c)=0. \] 又由于 \(H\) 位于从 \(A\) 引出的高所在的直线上, \[ (\mathbf a-\mathbf h)\cdot(\mathbf b-\mathbf c)=0. \] 两式相加得 \[ \mathbf a\cdot\mathbf b=\mathbf a\cdot\mathbf c. \] 对从 \(B\) 引出的高作同样的论证,得到 \[ \mathbf b\cdot\mathbf a=\mathbf b\cdot\mathbf c. \] 因此,这三个向量两两的数量积都相等。由条件 \(\angle BDC=90^\circ\) 可得 \(\mathbf b\cdot\mathbf c=0\),故 \[ \mathbf a\cdot\mathbf b =\mathbf a\cdot\mathbf c =\mathbf b\cdot\mathbf c=0. \] 无论 \(H\) 位于何处,这些等式都成立。
因此,由勾股定理, \[ AB^2=AD^2+BD^2,\qquad BC^2=BD^2+CD^2,\qquad CA^2=CD^2+AD^2. \] 现在由柯西–施瓦茨不等式可得 \[ \begin{aligned} (AB+BC+CA)^2 &\leq 3(AB^2+BC^2+CA^2)\\ &=6(AD^2+BD^2+CD^2), \end{aligned} \] 这正是所要证明的。
等号成立当且仅当 \(AB=BC=CA\)。由上述三个勾股定理等式,这等价于 \(AD=BD=CD\)。结合已经证明的垂直关系,即得所述的等号成立条件。
为验证这些等号成立的构型满足所有题设条件,对任意 \(t>0\),取 \[ D=(0,0,0),\quad A=(t,0,0),\quad B=(0,t,0),\quad C=(0,0,t). \] 平面 \(ABC\) 的方程为 \(x+y+z=t\),故从 \(D\) 向该平面所作垂线的垂足为 \[ H=(t/3,t/3,t/3). \] 此时 \[ \overrightarrow{AH}\cdot\overrightarrow{BC} =(-2t/3,t/3,t/3)\cdot(0,-t,t)=0, \] 循环置换后,相应的等式也成立。因此,\(H\) 是 \(ABC\) 的垂心;并且 \(\angle BDC=90^\circ\)。\(ABC\) 的三条边长均为 \(t\sqrt2\),故等号确实成立。
解答已与 John Scholes 的 IMO 解答档案(Kalva)核对。
IMO 1970 · Задача 5
В тетраэдре \(ABCD\) угол \(BDC\) прямой. Пусть основание \(H\) перпендикуляра, опущенного из \(D\) на плоскость \(ABC\), является точкой пересечения высот треугольника \(\triangle ABC\). Докажите, что \[ (AB+BC+CA)^2\leq 6(AD^2+BD^2+CD^2). \] Для каких тетраэдров достигается равенство?
Условие переведено с официального английского текста. Официальный текст задач (PDF)
Ответ
Равенство достигается в точности тогда, когда три ребра \(DA,DB,DC\) попарно перпендикулярны и имеют равные длины.
Решение
Возьмём \(D\) за начало координат и обозначим \[ \mathbf a=\overrightarrow{DA},\qquad \mathbf b=\overrightarrow{DB},\qquad \mathbf c=\overrightarrow{DC},\qquad \mathbf h=\overrightarrow{DH}. \] Сначала докажем, что векторы \(\mathbf a,\mathbf b,\mathbf c\) попарно перпендикулярны.
Поскольку \(DH\) перпендикулярен плоскости \(ABC\), \[ \mathbf h\cdot(\mathbf b-\mathbf c)=0. \] Кроме того, поскольку \(H\) лежит на высоте, проведённой из \(A\), \[ (\mathbf a-\mathbf h)\cdot(\mathbf b-\mathbf c)=0. \] Складывая, получаем \[ \mathbf a\cdot\mathbf b=\mathbf a\cdot\mathbf c. \] Применяя то же рассуждение к высоте, проведённой из \(B\), получаем \[ \mathbf b\cdot\mathbf a=\mathbf b\cdot\mathbf c. \] Таким образом, все три попарных скалярных произведения равны. Из условия \(\angle BDC=90^\circ\) следует \(\mathbf b\cdot\mathbf c=0\), поэтому \[ \mathbf a\cdot\mathbf b =\mathbf a\cdot\mathbf c =\mathbf b\cdot\mathbf c=0. \] Эти равенства справедливы независимо от расположения точки \(H\).
Следовательно, по теореме Пифагора, \[ AB^2=AD^2+BD^2,\qquad BC^2=BD^2+CD^2,\qquad CA^2=CD^2+AD^2. \] Теперь неравенство Коши — Буняковского даёт \[ \begin{aligned} (AB+BC+CA)^2 &\leq 3(AB^2+BC^2+CA^2)\\ &=6(AD^2+BD^2+CD^2), \end{aligned} \] что и требовалось доказать.
Равенство достигается тогда и только тогда, когда \(AB=BC=CA\). В силу трёх равенств, полученных по теореме Пифагора, это равносильно \(AD=BD=CD\). Вместе с уже доказанной перпендикулярностью это даёт указанное описание случая равенства.
Чтобы проверить, что эти конфигурации равенства удовлетворяют всем условиям задачи, возьмём при произвольном \(t>0\) \[ D=(0,0,0),\quad A=(t,0,0),\quad B=(0,t,0),\quad C=(0,0,t). \] Плоскость \(ABC\) задаётся уравнением \(x+y+z=t\), поэтому основание перпендикуляра, опущенного из \(D\), имеет координаты \[ H=(t/3,t/3,t/3). \] При этом \[ \overrightarrow{AH}\cdot\overrightarrow{BC} =(-2t/3,t/3,t/3)\cdot(0,-t,t)=0, \] и аналогичные равенства справедливы при циклической перестановке вершин. Следовательно, \(H\) — ортоцентр треугольника \(ABC\); кроме того, \(\angle BDC=90^\circ\). Все три стороны треугольника \(ABC\) равны \(t\sqrt2\), так что равенство действительно достигается.
Решение проверено по архиву решений IMO Джона Скоулза (Kalva).
IMO 1970 · المسألة 5
في رباعي الوجوه \(ABCD\)، الزاوية \(BDC\) قائمة. افترض أن قدم العمود \(H\) النازل من \(D\) على المستوى \(ABC\) هي نقطة تقاطع ارتفاعات المثلث \(\triangle ABC\). أثبت أن \[ (AB+BC+CA)^2\leq 6(AD^2+BD^2+CD^2). \] ما رباعيات الوجوه التي تتحقق فيها المساواة؟
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي. ورقة المسائل الرسمية (PDF)
الإجابة
تتحقق المساواة إذا وفقط إذا كانت الأحرف الثلاثة \(DA,DB,DC\) متعامدة مثنى مثنى ومتساوية الأطوال.
الحل
نتخذ \(D\) مبدأً للإحداثيات ونكتب \[ \mathbf a=\overrightarrow{DA},\qquad \mathbf b=\overrightarrow{DB},\qquad \mathbf c=\overrightarrow{DC},\qquad \mathbf h=\overrightarrow{DH}. \] نثبت أولًا أن \(\mathbf a,\mathbf b,\mathbf c\) متعامدة مثنى مثنى.
بما أن \(DH\) عمودي على المستوى \(ABC\)، فإن \[ \mathbf h\cdot(\mathbf b-\mathbf c)=0. \] كذلك، بما أن \(H\) تقع على الارتفاع الخارج من \(A\)، فإن \[ (\mathbf a-\mathbf h)\cdot(\mathbf b-\mathbf c)=0. \] وبالجمع نحصل على \[ \mathbf a\cdot\mathbf b=\mathbf a\cdot\mathbf c. \] وبتطبيق الحجة نفسها على الارتفاع الخارج من \(B\)، نحصل على \[ \mathbf b\cdot\mathbf a=\mathbf b\cdot\mathbf c. \] إذن الجداءات السلمية الثلاثة المأخوذة مثنى مثنى متساوية. ويعطينا الفرض \(\angle BDC=90^\circ\) أن \(\mathbf b\cdot\mathbf c=0\)، ومن ثم \[ \mathbf a\cdot\mathbf b =\mathbf a\cdot\mathbf c =\mathbf b\cdot\mathbf c=0. \] تبقى هذه المعادلات صحيحة أيًّا كان موضع \(H\).
وبالتالي، وفقًا لنظرية فيثاغورس، \[ AB^2=AD^2+BD^2,\qquad BC^2=BD^2+CD^2,\qquad CA^2=CD^2+AD^2. \] تعطينا الآن متباينة كوشي–شفارتز \[ \begin{aligned} (AB+BC+CA)^2 &\leq 3(AB^2+BC^2+CA^2)\\ &=6(AD^2+BD^2+CD^2), \end{aligned} \] وهو المطلوب.
تتحقق المساواة إذا وفقط إذا كان \(AB=BC=CA\). وبحسب متطابقات فيثاغورس الثلاث، فإن هذا يكافئ \(AD=BD=CD\). وبضم ذلك إلى التعامد الذي سبق إثباته، نحصل على التوصيف المذكور.
للتحقق من أن هذه الأوضاع التي تتحقق فيها المساواة تستوفي جميع الفروض، نأخذ، لأي \(t>0\)، \[ D=(0,0,0),\quad A=(t,0,0),\quad B=(0,t,0),\quad C=(0,0,t). \] معادلة المستوى \(ABC\) هي \(x+y+z=t\)، لذا فإن قدم العمود النازل من \(D\) هي \[ H=(t/3,t/3,t/3). \] وهنا \[ \overrightarrow{AH}\cdot\overrightarrow{BC} =(-2t/3,t/3,t/3)\cdot(0,-t,t)=0, \] وتصح المتطابقات المناظرة بالتبديل الدوري. ومن ثم فإن \(H\) هي ملتقى ارتفاعات \(ABC\)؛ وكذلك \(\angle BDC=90^\circ\). وجميع أضلاع \(ABC\) الثلاثة تساوي \(t\sqrt2\)، فتتحقق المساواة بالفعل.
تمت مراجعة الحل بمقارنته بأرشيف حلول IMO لجون سكولز (Kalva).