Задание 17 ЕГЭ, математика (профиль): Вписанные окружности и треугольники

ЕГЭ Математика (профиль)Задание 17Теорема синусовОкружность, описанная вокруг треугольника

Точка D лежит на основании AC равнобедренного треугольника ABC. Точки I и J  — центры окружностей, описанных около треугольников ABD и CBD соответственно.

а)  Докажите, что прямые BI и DJ параллельны.

б)  Найдите IJ, если AC  =  12,  косинус \angleBDC = дробь: числитель: 3, знаменатель: 7 конец дроби .

В подтеме 43 задач
Разбор
Главная идея: Показать, что IBJDIBJD — ромб (равные радиусы описанных окружностей из-за равенства AB=BCAB=BC и смежности углов ADB,BDCADB,BDC), после чего использовать перпендикулярность диагоналей ромба и связь середины хорды с перпендикуляром из центра окружности для вычисления IJIJ через ACAC и sin⁡∠BDC\sin\angle BDC.

а) Параллельность BI и DJ

I — центр окружности, описанной около ABDABD, значит IA=IB=ID=R1IA=IB=ID=R_1. J — центр окружности, описанной около CBDCBD, значит JB=JD=JC=R2JB=JD=JC=R_2.

По теореме синусов в этих треугольниках: R1=AB2sin⁡∠ADB,R2=BC2sin⁡∠BDC.R_1=\frac{AB}{2\sin\angle ADB},\qquad R_2=\frac{BC}{2\sin\angle BDC}. Треугольник ABCABC равнобедренный, поэтому AB=BCAB=BC. Углы ADBADB и BDCBDC смежные (составляют 180∘180^\circ), значит sin⁡∠ADB=sin⁡∠BDC\sin\angle ADB=\sin\angle BDC. Отсюда R1=R2=RR_1=R_2=R.

Тогда IB=ID=JB=JD=RIB=ID=JB=JD=R — все стороны четырёхугольника IBJDIBJD равны, значит это ромб. В ромбе противоположные стороны параллельны, следовательно BI∥DJBI\parallel DJ, что и требовалось.

б) Нахождение IJ

В ромбе IBJDIBJD диагонали IJIJ и BDBD взаимно перпендикулярны.

Пусть MM — середина ADAD, NN — середина DCDC. Так как II — центр окружности через AA и DD, перпендикуляр из центра к хорде проходит через её середину, поэтому IM⊥ADIM\perp AD. Аналогично JN⊥DCJN\perp DC. Поскольку ADAD и DCDC лежат на одной прямой ACAC, обе прямые IMIM и JNJN перпендикулярны ACAC, значит IM∥JNIM\parallel JN.

Из этого следует, что угол между IJIJ и IMIM равен углу между BDBD и стороной, смежной с ADBADB (по свойству углов с параллельными сторонами): ∠MIJ=180∘−∠ADB=∠BDC.\angle MIJ = 180^\circ-\angle ADB=\angle BDC.

Отрезок MNMN — это половина ACAC, так как MM и NN — середины отрезков ADAD и DCDC, лежащих на прямой ACAC: MN=12AD+12DC=12AC=12⋅12=6.MN=\frac12AD+\frac12DC=\frac12AC=\frac12\cdot12=6.

В прямоугольном треугольнике с гипотенузой IJIJ и противолежащим углом ∠MIJ=∠BDC\angle MIJ=\angle BDC катет MNMN связан с IJIJ через синус: IJ=MNsin⁡∠MIJ=6sin⁡∠BDC.IJ=\frac{MN}{\sin\angle MIJ}=\frac{6}{\sin\angle BDC}.

Найдём sin⁡∠BDC\sin\angle BDC из cos⁡∠BDC=37\cos\angle BDC=\frac37: sin⁡∠BDC=1−(37)2=4049=2107.\sin\angle BDC=\sqrt{1-\left(\frac37\right)^2}=\sqrt{\frac{40}{49}}=\frac{2\sqrt{10}}{7}.

Тогда: IJ=62107=6⋅7210=2110=211010.IJ=\frac{6}{\dfrac{2\sqrt{10}}{7}}=\frac{6\cdot7}{2\sqrt{10}}=\frac{21}{\sqrt{10}}=\frac{21\sqrt{10}}{10}.

Типичные ошибки

  • Не замечают, что углы ∠ADB\angle ADB и ∠BDC\angle BDC смежные, и ошибочно считают их равными, а не дополняющими друг друга до 180∘180^\circ.
  • Забывают, что перпендикуляр из центра окружности к хорде проходит через её середину, и неверно определяют положение точек MM и NN.
  • Путают, какой угол ромба равен ∠BDC\angle BDC, и подставляют в формулу косинус вместо синуса при вычислении IJIJ.
Непонятно?

Похожие задачи