Klub 44M - zadania XI 2020»Zadanie 809
o zadaniu...
- Zadanie pochodzi z artykułu Klub 44M - zadania XI 2020
- Publikacja w Delcie: listopad 2020
- Publikacja elektroniczna: 1 listopada 2020
- Artykuł źródłowy w wersji do druku [application/pdf]: (364 KB)
W trójkącie ostrokątnym
wysokości
i
przecinają się w punkcie
Proste
i
przecinają się w punkcie
Prosta przechodząca przez środek
boku
i równoległa do dwusiecznej kąta
przecina proste
odpowiednio, w punktach
Udowodnić, że okręgi opisane na trójkątach
i
są przystające.








-kąta
leży taki punkt
że każdy z trójkątów
jest równoramienny (przyjmujemy
). Czy stąd wynika, że wielokąt ma okrąg opisany, którego środkiem jest punkt 
jest wpisany w okrąg. Punkty
i
są ortocentrami trójkątów odpowiednio
i
Udowodnić, że 
i
są wysokościami trójkąta nieprostokątnego
Punkty
i
są rzutami prostokątnymi punktów odpowiednio
i
na prostą
Udowodnić, że 
punktów czarnych i
białych. Rysujemy
cięciw, z których każda ma jeden koniec biały a drugi czarny. Udowodnić, że można zrobić to tak, by każde dwie narysowane cięciwy przecinały się.
cięciw "byle jak" i zastosować rozumowanie podobne do tego, które przedstawiono we wstępie.
wpisany w trójkąt
jest styczny do odcinków
i
w punktach odpowiednio
i
Punkt
leży na prostej
przy czym
Dowieść, że prosta
przechodzi przez środek odcinka 
którego przekątna
leży na prostej
Punkt
leży na odcinku
a ponadto
więc czworokąt
jest równoległobokiem. Z tego wynika, że środek odcinka
pokrywa się ze środkiem rombu 
wpisany w okrąg
Okrąg
jest styczny do odcinków
i
oraz do okręgu
w punkcie
Okrąg
zaś jest dopisany do trójkąta
i styczny do boku
w punkcie
Wykazać, że 

i promieniu
z symetrią względem dwusiecznej kąta
Przekształcenie to zamienia półproste
i
oraz prostą
z okręgiem
W takim razie okrąg
przejdzie na okrąg styczny do prostej
i półprostych
i
czyli na okrąg
Stąd wniosek, że obrazem punktu
jest punkt
Półprosta
przejdzie więc na półprostą
a skoro inwersja zachowuje kąty, to 
jest środkiem okręgu wpisanego w trójkąt
zaś
jest okręgiem opisanym na tym trójkącie. Okrąg
styczny do odcinków
jest styczny do okręgu
w punkcie
a
jest środkiem tego łuku
okręgu
na którym leży punkt
Wykazać, że punkty
są współliniowe.
to punkty
i
pokrywają się i punkty
leżą na dwusiecznej
Dalej zakładamy, że
Wówczas punkty
i
są różne, zaś proste
i
nie są równoległe. Rozważmy złożenie inwersji o środku
i promieniu
z symetrią względem dwusiecznej kąta
Przekształcenie to zamienia półproste
i
oraz prostą
z okręgiem
Tak jak w poprzednim zadaniu uzasadniamy, że obrazem okręgu
jest okrąg dopisany do trójkąta
styczny do boku
w punkcie
który jest obrazem punktu
w tym przekształceniu. Ponieważ
jest dwusieczną kąta zewnętrznego przy wierzchołku
trójkąta
to proste
i
są prostopadłe. W takim razie obrazem punktu
jest punkt
przecięcia prostej
(która jest swoim własnym obrazem) z prostą
(która jest obrazem okręgu
). Niech
będzie obrazem punktu
Wtedy z definicji inwersji mamy

(bo inwersja zachowuje kąty) otrzymujemy, że trójkąty
i
są podobne. W takim razie
Ponieważ
to mamy

jest dwusieczną kąta zewnętrznego przy wierzchołku
trójkąta
więc
jest środkiem okręgu dopisanego do trójkąta
W takim razie
co wraz z równością
(bo
) oznacza, że punkty
i
leżą na jednym okręgu. To zaś jest równoważne z tym, że punkty
są współliniowe.
jest wpisany w trójkąt
Okrąg
styczny do okręgu opisanego na trójkącie
jest styczny do odcinków
i
odpowiednio w punktach
i
Wykazać, że punkt
leży na odcinku 

to połowa obwodu trójkąta
to miara kąta
zaś
to promień okręgu wpisanego w trójkąt
Inwersja o środku
i promieniu
złożona z symetrią względem dwusiecznej kąta
przeprowadza okrąg
na okrąg dopisany do trójkąta
styczny do boku
w punkcie
a punkty
i
odpowiednio na punkty
i
Ponieważ
i
to
prowadzi do wniosku, że
Z drugiej strony z definicji inwersji mamy


i prostopadła do prostej
przecina boki
i
odpowiednio w punktach
i
Skoro
to odległość punktu
od prostej
jest równa
skąd wniosek, że
czyli
Analogicznie uzasadnimy, że
więc punkt
leży na odcinku 
jest wpisany w okrąg
Punkty
są środkami łuków
niezawierających pozostałych wierzchołków trójkąta. Punkty
są symetryczne do punktów
odpowiednio względem boków
Wykazać, że punkty
oraz ortocentrum trójkąta
leżą na jednym okręgu.
i
będą spodkami wysokości trójkąta
poprowadzonymi odpowiednio z wierzchołków
Ponieważ na czworokątach
i
można opisać okręgi, to

i promieniu
złożoną z symetrią środkową względem punktu
Obrazami punktów
są zatem punkty
Ponieważ
leżą na jednym okręgu, który w rozważanym przekształceniu przechodzi na prostą
Obrazem punktu
jest punkt
przecięcia prostych
i
Analogicznie stwierdzamy, że w tym przekształceniu punkt
przechodzi na punkt
przecięcia prostych
i
a punkt
przechodzi na punkt
przecięcia prostych
i 
leżą na jednej prostej. Stosując twierdzenie Menelausa dla trójkąta
widzimy, że wystarczy wykazać, że

widzimy, że

co kończy rozwiązanie.
wpisany w trójkąt
jest styczny do boku
w punkcie
Okrąg
jest styczny do półprostych
i
oraz jest styczny zewnętrznie w punkcie
do okręgu opisanego na trójkącie
Wykazać, że 
o podstawach
i
jest wpisany w okrąg
Okrąg
jest styczny do odcinków
i
oraz jest styczny wewnętrznie do okręgu
w punkcie
Okrąg wpisany w trójkąt
jest styczny do odcinka
w punkcie
Dowieść, że punkty
leżą na jednej prostej.
w którym
Punkty
i
są odpowiednio środkami boków
i
a punkt
jest spodkiem wysokości opuszczonej z wierzchołka
Okrąg przechodzący przez punkty
i
jest styczny do okręgu opisanego na trójkącie
w punkcie
różnym od
Udowodnić, że środek ciężkości trójkąta
leży na prostej 
jest styczny do boków
i
trójkąta
oraz do okręgu opisanego na tym trójkącie w punkcie
Okrąg
jest styczny do półprostych
i
oraz jest styczny zewnętrznie do okręgu opisanego na trójkącie
w punkcie
Wykazać, że
jest wpisany w okrąg
Prosta
jest równoległa do prostej
i przecina odcinki
i
odpowiednio w punktach
i
a okrąg
w punktach
i
(gdzie
leży między punktami
i
). Okrąg
jest styczny do odcinków
i
oraz do okręgu
; okrąg
jest styczny do odcinków
i
oraz do okręgu
Wyznaczyć miejsce geometryczne punktów przecięcia wspólnych stycznych wewnętrznych okręgów
i
przy zmieniającym się położeniu prostej 
i
przecinają się w punktach
i
Środek
okręgu
leży na okręgu
i jest końcem jego średnicy
Cięciwa
okręgu
niebędąca średnicą, przecina okrąg
oraz odcinek
odpowiednio w punktach
oraz
Prosta przechodząca przez
równoległa do
przecina odcinek
w punkcie
Dowieść, że prosta
przechodzi przez środek odcinka 

połowi kąt
Leżący na nim punkt
spełnia warunek
charakteryzujący środek okręgu wpisanego w trójkąt
Trójkąt
jest podobny do
(równe kąty przy wierzchołkach
oraz
). Otrzymujemy następujący ciąg proporcji (pierwsza z nich zachodzi, bo
jest dwusieczną kąta
w trójkącie
; druga wynika ze wspomnianego podobieństwa; a ostatnia z równoległości
):
będzie punktem przecięcia prostych
i
Wystarczy teraz zastosować twierdzenie Menelausa do trójkąta
przeciętego prostą
:


można wpisać okrąg. Przez środek każdego z odcinków
poprowadzono proste prostopadłe do przeciwległych boków czworokąta
Proste te ograniczają obszar będący czworokątem wypukłym. Wykazać, że w ten czworokąt również można wpisać okrąg.
można opisać okrąg. Niech
będzie punktem przecięcia przekątnych czworokąta. Załóżmy, że dwusieczna kąta
przecina prostą
w punkcie
zaś prostą
w punkcie
; niech ponadto dwusieczna kąta
przecina prostą
w punkcie
zaś prostą
w punkcie
Udowodnić, że okręgi opisane na trójkątach
mają punkt wspólny.
wpisano dwa okręgi:
styczny do ramion kąta w punktach
i
oraz
- w punktach
i
Wykazać, że okręgi te wyznaczają cięciwy jednakowej długości na ich wspólnej siecznej 
i
przecinają się w punktach
i
Z punktu
leżącego na prostej
poprowadzono styczną do
w punkcie
i do
w punkcie
Udowodnić, że trójkąt
jest równoramienny.