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#129667

Четырёхугольник ABCD,  в котором нет параллельных сторон, вписан в окружность ω.  Через вершину A  проведена прямая ℓ ∥BC,
 a  через вершину B  — прямая ℓb ∥CD,  через вершину C  — прямая ℓc ∥DA,  через вершину D  — прямая ℓd ∥AB.  Четырёхугольник, последовательные стороны которого лежат на этих четырёх прямых (именно в этом порядке), вписан в окружность γ.  Окружности ω  и γ  пересекаются в точках E  и F.  Докажите, что прямые AC,BD  и EF  пересекаются в одной точке.

Источники: ВСОШ, ЗЭ, 2024, 11.4 (см. olympiads.mccme.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1.

Если в задачах с окружностями требуется доказать, что 3 прямые пересекаются в одной точке, часто помогает найти 3 окружности, радикальными осями которых являются эти прямые. К тому же в нашей задаче EF определяется как радикальная ось каких-то окружностей.

Показать доказательство

Первое решение. Без ограничения общности можно считать, что лучи AB  и DC;  CB  и DA  пересекаются. Пусть отрезки AC  и BD  пересекаются в точке G,  а также  ′ ′ ′′
AB C D — четырёхугольник, образованный прямыми ℓa,  ℓb,  ℓc,  ℓd.  Также обозначим через X  пересечение AB  и    ′
CD ,  через Y  — пересечение CD  и   ′
AB .

Пусть   ′
∠BAB = α.  Из вписанности четырёхугольника  ′ ′′ ′
AB C D и условий AX ∥ ℓd,  CY ∥ ℓb  имеем:

      ′      ∘    ′ ′ ′    ′ ′        ′
α= ∠B AX = 180 − ∠A B C = ∠C D X = ∠Y CA.

Значит, во-первых, точки A,  D ′,  X,  C′ лежат на одной окружности, обозначим её γ1 :  во-вторых, точки C,  Y,  A′,  B′ лежат на одной окружности, обозначим её γ2 :  в-третьих, точки A,  X,  C,  Y  лежат на одной окружности, обозначим её γ0.  Заметим, что точка B  — радикальный центр окружностей γ,  γ ,
 0  γ
 1  (поскольку она лежит на прямых AX  и C ′D ′);  точка D  — радикальный центр окружностей γ,  γ ,
 0  γ
 2  (так как она лежит на прямых CY  и A ′B′).  Таким образом, BD  — радикальная ось окружностей γ
 0  и   γ;  AC  —радикальная ось окружностей γ
 0  и ω;  EF  — радикальная ось окружностей ω  и γ,  поэтому эти три прямые пересекаются в одной точке, что и требовалось доказать.

PIC

Второе решение. Введём обозначения как в первом решении. Для точки плоскости P  обозначим через f(P)  разность степеней точки P  относительно окружностей ω  и γ.  Поскольку EF  — радикальная ось окружностей ω  и γ,  то достаточно доказать, что f(G )=0.  Кроме того, легко видеть, что f(A)= −AC ′⋅AB ′ и f(C)= CD ′⋅CA ′.

Заметим, что функция f  — линейная, то есть для точки P  на отрезке QR  выполнено равенство

f(P)= PR-⋅f(Q)+-PQ-⋅f(R-)(⋆).
             QR

Мы докажем это утверждение позднее. Пока, применив его для точек A,G,C,  мы получим, что

      AG-⋅f(C)+-CG-⋅f(A-)
f(G)=        AC       .

Таким образом, достаточно доказать, что −ff((AC)) = ACGG-(∗∗).

Заметим, что

AG-  d(A,BD-)  SADD-  AB-⋅AD-
GC = d(C,BD ) = SBCD = CB ⋅CD

(последнее равенство следует из того, что ∠BAD + ∠BCD  =180∘;  через d(P,ℓ)  мы обозначаем расстояние от точки D  до прямой    ℓ).  Следовательно, равенство (∗∗ ) переписывается в виде:

  ′    ′
AC′-⋅ AB′ = AB-⋅AD-.
CD   CA   CB ⋅CD

Из вписанности четырёхугольника ABCD  и данных в условии параллельностей прямых следуют равенства углов:

∠CAD = 180∘− ∠ADB ′ = ∠BAD = 180∘− ∠BCD = ∠CBC′ = ∠AC ′B,

∠ABC ′ = ∠CDA ′ =∠BCD ′ = ∠B′AD.

Таким образом,      ′
△ABC и      ′
△CDA ,  а также      ′
△DAB и      ′
△BCD подобны по двум углам. Из подобия получаем равенства отношений

  ′          ′
AC′ = AB + AB-′ = AD-,
CA   CD   CD    BC

остаётся лишь перемножить эти равенства.

PIC

Вернёмся к доказательству линейности функции f.  Введём декартовы координаты таким образом, чтобы центры окружностей ω  и    γ  лежали на оси абсцисс, пусть их координаты будут (x1,0)  и (x2,0),  а радиусы окружностей − R1  и R2.  Тогда для произвольной точки P  с координатами (x,y)  по определению степени точки мы получаем, что

                       (x− x )2
f(P)= (x− x1)2+ y2− R21−--y22--+R22 = ax +b,

где a  и b  — две константы. Если точка P  лежит на отрезке QR  и xq  , xr  — координаты точек Q  и R  по оси абсцисс, то x = PR⋅xqQ+RPQ⋅xr,  откуда немедленно следует (*).

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!