Задача 5
Доказать, что если луч исходит из вершины неразвернутого угла и
проходит через точку внутренней области этого угла, то он делит этот угол на два угла.
Решение:
Рассмотрим угол АОВ, через точку С внутренней области которого проведен луч ОС (рис. 246). Требуется доказать, что внутренние области углов АОС и БОС лежат по разные стороны от прямой ОС.
Пусть D — произвольная точка луча с началом О, являющегося продолжением луча ОА. Точки А, В и D не лежат на прямой ОС, и эта прямая пересекает сторону AD треугольника ABD. Следовательно, она пересекает либо сторону АВ, либо сторону BD (см. задачу 4). Но точка D не лежит во внутренней области угла АОВ — она лежит в полуплоскости с границей ОВ, не содержащей точку А. Поэтому все точки луча BD не принадлежат внутренней области угла АОВ (см. задачу 2), а значит, луч ОС не может пересечь сторону BD — все точки этого луча принадлежат внутренней области угла АОВ (см. задачу 3). Следовательно, он пересекает сторону АВ. Это означает, что точки А и Б, а значит, и лучи ОА и ОВ (см. задачу 2), лежат по разные стороны от прямой ОС. Но тогда и внутренние области углов АОС и ВОС лежат по разные стороны от прямой ОС. Утверждение доказано.