сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word

Через вер­ши­ны тре­уголь­ни­ка ABC про­ве­де­ны три па­рал­лель­ные пря­мые a, b, c со­от­вет­ствен­но, не па­рал­лель­ные сто­ро­нам тре­уголь­ни­ка. Пусть A0, B0, C0  — се­ре­ди­ны сто­рон BC, CA, AB. Пусть A1, B1, C1  — точки пе­ре­се­че­ния пар пря­мых a и B0C0, b и C0A0, c и A0B0 со­от­вет­ствен­но. До­ка­жи­те, что пря­мые A0A1, B0B1 и C0C1 пе­ре­се­ка­ют­ся в одной точке.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

При­ведём три­го­но­мет­ри­че­ское ре­ше­ние. До­ста­точ­но до­ка­зать, что

 дробь: чис­ли­тель: B_0A_1, зна­ме­на­тель: C_0A_1 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: C_0B_1, зна­ме­на­тель: A_0B_1 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: A_0C_1, зна­ме­на­тель: B_0C_1 конец дроби =1.

Тогда по тео­ре­ме Чевы пря­мые A0A1, B0B1, C0C1 пе­ре­се­ка­ют­ся в одной точке.

Пусть без огра­ни­че­ния общ­но­сти пря­мая a пе­ре­се­ка­ет внут­рен­ность тре­уголь­ни­ка ABC. Обо­зна­чим углы тре­уголь­ни­ка через α, β, γ, а угол B0AA1 через φ. Тогда углы AC0A1 и AB0A1 равны β и γ со­от­вет­ствен­но.

При­ме­няя тео­ре­му си­ну­сов к тре­уголь­ни­кам AB0A1 и AC0A1, по­лу­ча­ем

 дробь: чис­ли­тель: B_0A_1, зна­ме­на­тель: C_0A_1 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: синус A_1AB_0, зна­ме­на­тель: синус A_1AC_0 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: синус AC_0A_1, зна­ме­на­тель: синус AB_0A_1 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: синус \varphi, зна­ме­на­тель: синус левая круг­лая скоб­ка альфа минус \varphi пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: синус бета , зна­ме­на­тель: синус гамма конец дроби .

Ана­ло­гич­но, поль­зу­ясь ра­вен­ством вер­ти­каль­ных углов, по­лу­ча­ем

 дробь: чис­ли­тель: C_0B_1, зна­ме­на­тель: A_0B_1 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: синус B_1BC_0, зна­ме­на­тель: синус B_1BA_0 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: синус BA_0B_1, зна­ме­на­тель: синус BC_0B_1 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: синус левая круг­лая скоб­ка альфа минус \varphi пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: синус левая круг­лая скоб­ка альфа плюс бета минус \varphi пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: синус гамма , зна­ме­на­тель: синус альфа конец дроби .

Ана­ло­гич­но

 дробь: чис­ли­тель: A_0C_1, зна­ме­на­тель: B_0C_1 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: синус левая круг­лая скоб­ка гамма плюс \varphi пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: синус \varphi конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: синус альфа , зна­ме­на­тель: синус бета конец дроби .

 

Рис. 2: При­мер чер­те­жа, если пря­мая a про­хо­дит внут­ри тре­уголь­ни­ка ABC.

 

По­сколь­ку α + β − φ = π − (γ + φ), при пе­ре­мно­же­нии трёх вы­пи­сан­ных ра­венств все члены со­кра­тят­ся и мы по­лу­чим 1.

Те­перь пе­ре­пи­шем то же ре­ше­ние в тер­ми­нах про­ек­тив­ной гео­мет­рии. Про­стым от­но­ше­ни­ем трёх точек P, Q, R на одной пря­мой на­зо­вем такое число x, что \overrightarrowPQ = x умно­жить на \overrightarrowPR. Обо­зна­чим x = дробь: чис­ли­тель: \overrightarrowPQ, зна­ме­на­тель: \overrightarrowPR конец дроби .

До­ста­точ­но до­ка­зать, что

 дробь: чис­ли­тель: \overrightarrowB_0A_1, зна­ме­на­тель: \overrightarrowC_0A_1 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: \overrightarrowC_0B_1, зна­ме­на­тель: \overrightarrowA_0B_1 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: \overrightarrowA_0C_1, зна­ме­на­тель: \overrightarrowB_0C_1 конец дроби = минус 1.

Тогда по тео­ре­ме Чевы пря­мые A0A1, B0B1 и C0C1 пе­ре­се­ка­ют­ся в одной точке.

Двой­ным от­но­ше­ни­ем пря­мых p, q, r, s на­зо­вем число  левая круг­лая скоб­ка p, q; r, s пра­вая круг­лая скоб­ка =\pm дробь: чис­ли­тель: синус \angle левая круг­лая скоб­ка p,r пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: синус \angle левая круг­лая скоб­ка p,s пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: синус \angle левая круг­лая скоб­ка q,r пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: синус \angle левая круг­лая скоб­ка q,s пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби , где знак плюс берётся, если r и s рас­по­ло­же­ны в одной паре вер­ти­каль­ных углов от­но­си­тель­но p и q, а знак минус  — иначе.

Про­ведём через вер­ши­ны тре­уголь­ни­ка A, B, C пря­мые p, q, r, па­рал­лель­ные про­ти­во­по­лож­ным сто­ро­нам a', b', c' тре­уголь­ни­ка ABC. Тогда, как из­вест­но,  дробь: чис­ли­тель: B_0A_1, зна­ме­на­тель: C_0A_1 конец дроби равно двой­но­му от­но­ше­нию пря­мых (a, p; c', b'). Ана­ло­гич­но  дробь: чис­ли­тель: C_0B_1, зна­ме­на­тель: A_0B_1 конец дроби и  дробь: чис­ли­тель: A_0C_1, зна­ме­на­тель: B_0C_1 конец дроби равны двой­ным от­но­ше­ни­ям (b, q; a', c') и (c, r; b', a'). Но из па­рал­лель­но­сти

 левая круг­лая скоб­ка a, p; c', b' пра­вая круг­лая скоб­ка = левая круг­лая скоб­ка a, a'; c', b' пра­вая круг­лая скоб­ка , левая круг­лая скоб­ка b, q; a', c' пра­вая круг­лая скоб­ка = левая круг­лая скоб­ка a, b'; a', c' пра­вая круг­лая скоб­ка , левая круг­лая скоб­ка c, r; b', a' пра­вая круг­лая скоб­ка = левая круг­лая скоб­ка a, c'; b', a' пра­вая круг­лая скоб­ка .

Остаётся до­ка­зать, что

 левая круг­лая скоб­ка a, a'; c', b' пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка a, b'; a', c' пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка a, c'; b', a' пра­вая круг­лая скоб­ка = минус 1.

Здесь участ­ву­ют двой­ные от­но­ше­ния одной и той же четвёрки пря­мых, но взя­тых в раз­ных по­ряд­ках. Обо­зна­чим x = левая круг­лая скоб­ка a, a'; c', b' пра­вая круг­лая скоб­ка . Из­вест­но, что при пе­ре­ста­нов­ке пря­мых c' и b' двой­ное от­но­ше­ние x за­ме­ня­ет­ся на  дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: x конец дроби , а при пе­ре­ста­нов­ке пря­мых a' и b'  — на 1 − x. Зна­чит,  левая круг­лая скоб­ка a, b'; a', c' пра­вая круг­лая скоб­ка = 1/ левая круг­лая скоб­ка 1 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка и  левая круг­лая скоб­ка a, c'; b', a' пра­вая круг­лая скоб­ка = 1/ левая круг­лая скоб­ка 1 минус 1/ левая круг­лая скоб­ка 1 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка . По­лу­ча­ем

 левая круг­лая скоб­ка a, a'; c', b' пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка a, b'; a', c' пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка a, c'; b', a' пра­вая круг­лая скоб­ка = x умно­жить на 1/ левая круг­лая скоб­ка 1 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 1/ левая круг­лая скоб­ка 1 минус 1/ левая круг­лая скоб­ка 1 минус x пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка = минус 1,

что и тре­бо­ва­лось.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нияБаллы
При­ве­де­но пол­ное ре­ше­ние.20
Ис­поль­зо­ва­ние аф­фин­но­го пре­об­ра­зо­ва­ния (по­ка­за­но, что так можно), даль­ше ни­че­го.4
Ре­ше­ние не со­от­вет­ству­ет ни од­но­му из пе­ре­чис­лен­ных выше кри­те­ри­ев.0
Мак­си­маль­ный балл20