Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела закл (финал) 11 класс
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#128221

Четырёхугольник ABCD,  в котором нет параллельных сторон, вписан в окружность Ω.  В треугольники DAB,  ABC,  BCD,  CDA  вписаны окружности ωa,  ωb,  ωc,  ωd  соответственно. Проведены общие внешние касательные к окружностям ωa  и ωb,  ωb  и ωc,     ωc  и ωd,  ωd  и ωa,  не содержащие сторон четырёхугольника ABCD.  Четырёхугольник, последовательные стороны которого лежат на четырёх проведённых прямых (именно в таком порядке), вписан в окружность Γ .  Докажите, что прямые, соединяющие центры окружностей ωa  и ωc,  ωb  и ωd,  Ω  и Γ ,  пересекаются в одной точке.

Источники: ВСОШ, ЗЭ, 2025, 11.7 (см. olympiads.mccme.ru)

Показать доказательство

Пусть, не умаляя общности, лучи AD  и BC  пересекаются в точке Q,  лучи AB  и DC  пересекаются в точке P.  Обозначим через   I
   a  центр окружности ωa,  точки Ib,Ic,Id  определим аналогично.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лемма. Четырехугольник IaIbIcId  является прямоугольником, стороны которого параллельны биссектрисам внутренних углов P  и Q.

Доказательство. Докажем, что прямая IaId  параллельна биссектрисе внутреннего угла Q.

Действительно, пусть W  и N  — середины дуг AB  и CD,  не содержащие остальные вершины четырехугольника, соответственно. Тогда в силу леммы о трезубце WIa = W Id,  но прямая WN  является биссектрисой угла IaW Id,  поэтому IaId ⊥ WN.

PIC

С другой стороны, углы между парами прямых W N,BC  и W N,AD  равны полусуммам пар дуг BN,CW  и AW, ND,  а значит, равны, следовательно, W N  перпендикулярна биссектрисе угла Q.  Аналогично, IbIc  параллельна последней.

PIC

Как известно, биссектрисы внутренних углов P,Q  перпендикулярны, следовательно, четырехугольник II II
a bc d  суть прямоугольник, поскольку пары его противоположных стороны параллельны биссектрисам.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Перейдем к решению. Таким образом, в силу доказанной леммы точка пересечения прямых IaIc,IbId  является центром описанной окружности ω  прямоугольника, т.е. достаточно показать, что окружности Ω,Γ ,ω  имеют общую радикальную ось.

Обозначим четырёхугольник, образованный четырьмя касательными через  ′ ′ ′ ′
A B C D (прямая  ′ ′
AB — общая внешняя касательная к ωa  и ωb,  аналогично с тремя другими сторонами). Пусть прямая IaId  пересекает прямую AD  в точке Xad.  Точки обозначим через    γ  описанную окружность четырёхугольника AIaIdD.

Тогда точка Xad  — радикальный центр окружностей γ,  ω  и Ω,  поскольку она лежит на двух их радикальных осях. Значит, радикальная ось окружностей ω  и Ω  проходит через точку Xad,  аналогично, на ней лежат и точки Xab,Xbc,Xcd.  В частности, эти 4 точки лежат на одной прямой.

PIC

Пусть прямая B′C ′ пересекает сторону AB  в точке S  и сторону CD  в точке T.  Поскольку B′C′ ∥AD,  то ∠BST = ∠BAD = 180∘− ∠BCT,  поэтому четырёхугольник BCT S  — вписанный. Поскольку C′D′ ∥AB  и A′B ′ ∥CD,  то по теореме Фалеса

XbcB′ = XbcXab-= XbcS.
 XbcT    XbcXcd   XbcC ′

Из этого равенства отношений и вписанности BCT S  мы получаем, что

XbcB′⋅XbcC ′ =XbcS ⋅XbcT =XbcB ⋅XbcC,

то есть степень точки Xbc  относительно окружностей Ω  и Γ  одинакова. Рассуждение для точек Xab,Xad,Xcd  аналогично. Итого доказано требуемое утверждение.

PIC

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!