Неправильный шестиугольник ABCDEF, у которого стороны AB, CD и EF равны, вписан в окружность с центром О, вершины располагаются на окружности по часовой стрелке в алфавитном порядке. Обозначим точку пересечения диагоналей AC и BD за M, диагоналей CE и DF — за N, а диагоналей AE и BF — за K. Докажите, что треугольники АСЕ и МNK подобны.
1. Из равенства сторон AB, CD и ЕF следует, что треугольник BDF получается из треугольника ACE поворотом относительно О, поэтому данные треугольники равны.
2. В четырёхугольнике АВМК углы КАМ и КВМ равны, как соответственные углы равных треугольников ACE и BDF, поэтому он является вписанным. Аналогично, вписанными являются и четырёхугольники MCDN и NEFK.
3. Обозначим величину угла АКM за x. Четырёхугольник АВMKвписанный, поэтому противоположный АКМ угол АВM равен Четырёхугольник ABCD тоже вписанный (в исходную окружность), поэтому углы ABM = ABD и ACD = MCD равны, как опирающиеся на общую хорду AD, поэтому угол MCD равен 180° – x. Но и четырёхугольник MCDN вписанный, поэтому в нём угол MND, противоположный углу MCD, равен Отсюда следует равенство углов АКМ и МND.
4. Обозначим величину угла EKN за y. Четырёхугольник NEFK вписанный, поэтому углы EKN и EFN равны y, как опирающиеся на общую хорду EN. Переходя ко вписанному в исходную окружность четырёхугольнику CDEF, получаем равенство y вписанных углов EFN = EFD и ECD, опирающихся на общую хорду ED. Наконец, во вписанном четырёхугольнике MCDN имеем равенство y вписанных углов NMD и NCD = ECD, опирающихся на общую хорду ND.
5. Из треугольника NMD следует, что величина угла MDN равна 180° – x – y. С другой стороны, сумма углов EKN, MKN и AKM равна 180°, и, как мы уже доказали, величины углов AKM и EKN равны x и y соответственно. Следовательно, величина угла MKN одноименного треугольника равна величине угла MDN = BDF треугольника BDF, что равно и углу АСЕ одноименного треугольника. Аналогично доказываются равенство углов KNM и CAE, и равенство углов KMN и AEC. Следовательно, треугольники АСЕ и MNK подобны по трём углам, что и требовалось доказать.