А). Цитата: "Существование и единственность вневписанной окружности обусловлены тем, что биссектрисы двух внешних углов треугольника и биссектриса внутреннего угла, не смежного с этими двумя, пересекаются в одной точке, которая и является центром такой окружности". В треугольнике АВС <ABC+<BCA=180°-<A. <ABC=180°-<CBP, <BCA=180°-BCK - как пары соответственно смежных углов. Окружность (Q;R) - вневписанная окружность треугольника АВС по определению (из условия). Следовательно, BQ и СQ - биссектрисы углов <CBP и <BCK соответственно. Тогда <BQC=180°-(1/2)*(CBP+BCK)=180°-(1/2)*(360°-<ABC-<BCA). Или <BQC=(1/2)*(<ABC+<BCA). Но <BQC - вписанный угол, опирающийся на дугу ВС, а <BOC- центральный угол, опирающийся на ту же дугу. <BOC=2*<BQC = <ABC+<BCA = 180°-<A. Тогда в четырехугольнике АВОС сумма противоположных углов <А+<BOC=<A+180°-<A = 180°. Значит около этого четырехугольника можно описать окружность и при том только одну. Следовательно, окружности, описанные около треугольника АВС и четырехугольника АВОС - одна и та же окружность и точка О лежит на этой окружности, что и требовалось доказать.
б). Пусть R/r=4/3. r=(3/4)*R. <А+<BOC= 180° (доказано выше). CosA = -Cos(180-A) = -Cos(BOC). ВС - общая хорда пересекающихся окружностей. По теореме косинусов из треугольника ОВС: BC²=2R² - 2R²Cos(BOC)=2R²+ 2R²CosA=2R²(1+CosA) . (1) Bз треугольника AВС: <BJC - центральный угол, опирающийся на ту же дугу, что и <BAC. <BJC=2<A. BC²=2r² - 2r²Cos(BJC)=2r²(1-Cos2A) . (2) Приравняем (1) и (2): 2R²(1+CosA)=2r²(1-Cos2A) или 2R²(1+CosA)=2(9/16)R²(1-Cos2A) или (1+CosA)=(9/16)(1-Cos2A). По формуле приведения Cos2A= 2Cos²A-1, тогда 1+CosA=(9/16)(1-2Cos²A+1) => 1+CosA=(9/8)(1-Cos²A). Пусть CosA= Х, тогда: 8+8Х=9-9Х² или 9Х²+8Х-1=0 Х1=(-4+√(16+9))/9 = 1/9. Х2=-1 - не удовлетворяет условию, так как <A > 0. ответ: CosA=1/9.
Дано: ABCD (AD || BC, AB ⊥ AD) - прямоугольная трапеция, К, М, N, Р - точки касания вписанной окружности к соответствующим сторонам трапеции. АР = 2 см, РD = 4 см. О - центр вписанной окружности.
Найти: Р (ABCD) - ?
По свойству касательных, проведенных из одной точки, получим: АР = АК = 2 см, ND = PD = 4 см.
ОР ⊥ АD, поэтому АКОР - квадрат.
ОР = ОМ, поэтому КВМО = АКРО, отсюда ВК = ВМ = АР = 2 см.
Пусть х см - СМ. Тогда по свойству касательных, проведенных из одной точки, получим: СМ = CN = х см.
Построим высоту CL трапеции и получим: LD = PD - PL = (4 - x) см.
Рассмотрим прямоугольный треугольник CLD (∠L = 90°): CD = ND + CN = (4 + х) см, CL = 4 см.
окружности обусловлены тем, что биссектрисы двух внешних углов
треугольника и биссектриса внутреннего угла, не смежного с этими
двумя, пересекаются в одной точке, которая и является центром
такой окружности".
В треугольнике АВС <ABC+<BCA=180°-<A.
<ABC=180°-<CBP, <BCA=180°-BCK - как пары соответственно смежных
углов.
Окружность (Q;R) - вневписанная окружность треугольника АВС по
определению (из условия). Следовательно, BQ и СQ - биссектрисы углов <CBP и <BCK соответственно.
Тогда <BQC=180°-(1/2)*(CBP+BCK)=180°-(1/2)*(360°-<ABC-<BCA). Или
<BQC=(1/2)*(<ABC+<BCA).
Но <BQC - вписанный угол, опирающийся на дугу ВС, а
<BOC- центральный угол, опирающийся на ту же дугу.
<BOC=2*<BQC = <ABC+<BCA = 180°-<A.
Тогда в четырехугольнике АВОС сумма противоположных углов
<А+<BOC=<A+180°-<A = 180°. Значит около этого четырехугольника
можно описать окружность и при том только одну.
Следовательно, окружности, описанные около треугольника АВС и
четырехугольника АВОС - одна и та же окружность и точка О лежит
на этой окружности, что и требовалось доказать.
б). Пусть R/r=4/3. r=(3/4)*R.
<А+<BOC= 180° (доказано выше).
CosA = -Cos(180-A) = -Cos(BOC).
ВС - общая хорда пересекающихся окружностей.
По теореме косинусов из треугольника ОВС:
BC²=2R² - 2R²Cos(BOC)=2R²+ 2R²CosA=2R²(1+CosA) . (1)
Bз треугольника AВС:
<BJC - центральный угол, опирающийся на ту же дугу, что и <BAC.
<BJC=2<A.
BC²=2r² - 2r²Cos(BJC)=2r²(1-Cos2A) . (2)
Приравняем (1) и (2):
2R²(1+CosA)=2r²(1-Cos2A) или
2R²(1+CosA)=2(9/16)R²(1-Cos2A) или
(1+CosA)=(9/16)(1-Cos2A).
По формуле приведения Cos2A= 2Cos²A-1, тогда
1+CosA=(9/16)(1-2Cos²A+1) => 1+CosA=(9/8)(1-Cos²A).
Пусть CosA= Х, тогда:
8+8Х=9-9Х² или
9Х²+8Х-1=0
Х1=(-4+√(16+9))/9 = 1/9.
Х2=-1 - не удовлетворяет условию, так как <A > 0.
ответ: CosA=1/9.
Дано: ABCD (AD || BC, AB ⊥ AD) - прямоугольная трапеция, К, М, N, Р - точки касания вписанной окружности к соответствующим сторонам трапеции. АР = 2 см, РD = 4 см. О - центр вписанной окружности.
Найти: Р (ABCD) - ?
По свойству касательных, проведенных из одной точки, получим:
АР = АК = 2 см, ND = PD = 4 см.
ОР ⊥ АD, поэтому АКОР - квадрат.
ОР = ОМ, поэтому КВМО = АКРО, отсюда ВК = ВМ = АР = 2 см.
Пусть х см - СМ. Тогда по свойству касательных, проведенных из одной точки, получим: СМ = CN = х см.
Построим высоту CL трапеции и получим: LD = PD - PL = (4 - x) см.
Рассмотрим прямоугольный треугольник CLD (∠L = 90°): CD = ND + CN = (4 + х) см, CL = 4 см.
По теореме Пифагора имеем:
CD² - LD² = CL²;
(4 + x)² - (4 - x)² = 4²;
4² + 8x + x² - 4² + 8x - x² = 16;
16x = 16
x = 1
Далее имеем: CD = 4 + 1 = 5 (см), ВС = 2 + 1 = 3 (см), АВ = 2 + 2 = 4 (см), АD = 4 + 2 = 6 (см).
P (ABCD) = CD + AD + AB + BC = 5 + 6 + 4 + 3 = 18 (см)
ответ: 18 см