Решите пожалуйста, Геометрия

0 голосов
14 просмотров

Решите пожалуйста, Геометрия


image

Алгебра (16 баллов) | 14 просмотров
Дан 1 ответ
0 голосов

Четырёхугольник ABCD таков, что  AB·CD = AD·BC.  Докажите, что –∠BAC + ∠CBD + ∠DCA + ∠ADB = 180°.

Решение 1

  Обозначим через  (ABCD) сумму четырёх углов в условии. Заметим, что если четырёхугольник ABCD вписан, то утверждение верно. Действительно, тогда  f(ABCD) = (∠BAC + ∠CAD) + (∠DCA + ∠ACB) = ∠BAD + ∠BCD = 180°. 
  Пусть теперь четырёхугольник не вписан. Тогда описанная окружность треугольника BCD пересекает прямую AC вторично в точке A', отличной от A. 



Заметим, что  f(A'BCD) – f(ABCD) = (∠BA'C – ∠BAC) + (∠A'DB – ∠ADB) = ±(∠ABA' – ∠ADA'),  где знак перед последней скобкой зависит от порядка точек A, A' на прямой AC. Поскольку  f(A'BCD) = 180°,  достаточно доказать, что  ∠ABA' = ∠ADA'.
  Применяя теорему синусов к треугольникам ABA' и ADA', получаем      (отношение длины хорды к синусу опирающегося на нее угла равно диаметру окружности). 
  Итак,  sin∠ABA' = sin∠ADA',  то есть либо углы ABA' и ADA' равны, либо их сумма равна 180°. Второй случай невозможен: сумма углов невыпуклого четырёхугольника ABA'D равна 360°, поэтому ∠ABA' + ∠ADA' < 180°.

Решение 2

  Нам известно, что  AB : BC = AD : DC.  Если эти отношения равны 1, то треугольники ABC и ADC равнобедренные, и четырёхугольник ABCD симметричен относительно прямой BD. Значит,
∠BAC + ∠CBD + ∠DCA + ∠ADB = ∠BAC + ∠ABD + ∠DAC + ∠ADB = ∠ABD + ∠ADB + ∠DAB = 180°.
  Пусть, для определённости, AB/BC > 1.  Проведём биссектрису BK и внешнюю биссектрису BL треугольника ABC. Тогда 
AK : KC = AL : LC = AB : BC = AD : DC;  значит, DK и DL – внутренняя и внешняя биссектрисы треугольника ADC.  ∠KBL = ∠KDL = 90°,  следовательно, четырёхугольник BKDL вписан в окружность с центром в середине O отрезка KL.



  Используя равнобедренность треугольников BOK и DOK получаем 
∠BAC = ∠CKB – ∠ABK = ∠OBK – ∠CBK = ∠OBC, 
∠DCA = ∠AKD – ∠KDC = 180° – ∠ODK – ∠KDA = 180° – ∠ODA. 
  Итак, сумма всех четырёх углов в условии равна  ∠OBD + 180° – ∠ODB = 180°,  поскольку треугольник BOD равнобедренный.

(135 баллов)