Задание 17: описанные окружности и четырёхугольники
Задачи (20)
- № 516763Параллелограмм и окружность расположены так, что сторона AB касается окружности, CD является хордой, а стороны DA и BC пересекают окружностьс ответом
- № 519661В выпуклом четырёхугольнике ABCD известны стороны и диагональ: AB = 3, BC = CD = 5, AD = 8, AC = 7.а) Докажите, что вокруг этого четырёхуголс ответом
- № 519685Четырёхугольник ABCD вписан в окружность, причем сторона CD — диаметр этой окружности. Продолжение перпендикуляра AH к диагонали BD пересекас ответом
- № 520661Четырёхугольник ABCD вписан в окружность. Диаметр CC1 перпендикулярен стороне AD и пересекает её в точке M, а диаметр DD1 перпендикулярен стс ответом
- № 520848Четырёхугольник ABCD вписан в окружность радиусом 10. Известно, что AB = BC = CD = 6.а) Докажите,что прямые BC и AD параллельны.б) Найдите Aс ответом
- № 551190Хорды АС и BD пересекаются в точке Т. На хорде ВС отложен отрезок СР, равный AD. Точки Р и D равноудалены от хорды АС, а отрезок ТР перпендис ответом
- № 552111Четырехугольник ABCD вписан в окружность радиуса R = 27. Известно, что AB = BC = CD = 36.а) Докажите, что прямые BC и AD параллельны.б) Найдс ответом
- № 556699Дана окружность с центром в точке O и радиусом 5. Точка K делит диаметр AD в отношении 1 : 4 , считая от точки D. Через точку K проведена хос ответом
- № 561196Четырёхугольник ABCD вписан в окружность. Точка F лежит на его стороне AD, причём прямые BF и CD параллельны, и прямые CF и AB параллельны. с ответом
- № 621472В выпуклом четырехугольнике ABCD диагональ AC является биссектрисой угла BAD и пересекается с диагональю BD в точке E. Известно, что около чс ответом
- № 630130На стороне острого угла с вершиной A отмечена точка B. Из точки B на биссектрису и другую сторону угла опущены перпендикуляры BC и BD соотвес ответом
- № 638595Четырехугольник ABCD с перпендикулярными диагоналями AC и BD вписан в окружность. а) Докажите, что прямая, проходящая через точку пересеченис ответом
- № 643161В треугольнике ABC известны стороны AB = 4, AC = 5 и … На его стороне BC вне треугольника (точки A и D лежат в разных полуплоскостях относитс ответом
- № 659592В окружность вписана трапеция, основание AD которой является диаметром, а угол BAD равен 60°. Хорда CE пересекает диаметр AD в точке P так, с ответом
- № 673611В четырехугольнике ABCD, вписанном в окружность, биссектрисы углов A и B пересекаются в точке E, лежащей на стороне CD. Известно, что CD : Bс ответом
- № 682565Биссектриса угла A треугольника ABC пересекает сторону BC в точке K, а окружность описанную около треугольника ABC, — в точке M. а) Докажитес ответом
- № 688506Точка F лежит на меньшей дуге ВС окружности, описанной около квадрата ABCD, причем … Прямая AF пересекает сторону ВС в точке Т, а диагональ с ответом
- № 691287Четырехугольник ABCD вписан в окружность. Диагональ AC лежит на биссектрисе угла BAD и пересекается с диагональю BD в точке K.а) Докажите, чс ответом
- № 693992Дана трапеция АВСD с основаниями ВС и АD. Точки М и N — середины сторон АВ и СD соответственно. Окружность, проходящая через вершины А и D, с ответом
- № 696679Четырехугольник ABCD вписан в окружность. Его диагонали AC и BD взаимно перпендикулярны и пересекаются в точке P.а) Докажите, что прямая, прс ответом
О чём эта подтема
Задание 17 (планиметрия) часто строится вокруг вписанных и описанных окружностей. Подтема «описанные окружности и четырёхугольники» — про то, когда вокруг четырёхугольника можно провести окружность (все его вершины лежат на одной окружности), и как использовать это свойство для вычисления сторон, диагоналей и углов. Обычно задача состоит из двух пунктов: (а) доказать, что такая окружность существует, то есть четырёхугольник вписанный; (б) что-то посчитать, опираясь на это.
Такие задачи проверяют одновременно владение признаком вписанного четырёхугольника, теоремой косинусов, теоремой о произведении отрезков хорд и секущих (степень точки) и теоремой Птолемея. Ключевая идея: вписанность даёт жёсткую связь между углами и отрезками, которой нет у произвольного четырёхугольника, и эту связь нужно уметь включать в вычисления, а не только доказывать формально ради баллов.
Что нужно знать
- Признак вписанного четырёхугольника по углам: четырёхугольник вписан в окружность тогда и только тогда, когда (эквивалентно ).
- Признак через равные углы на отрезок: если точки и лежат по одну сторону от прямой и , то лежат на одной окружности.
- Теорема о вписанном угле и теорема об угле между касательной и хордой: угол между касательной и хордой равен вписанному углу, опирающемуся на эту хорду с другой стороны.
- Степень точки: если из точки проведены две секущие, пересекающие окружность в парах точек и , то ; для касательной длиной из той же точки и секущей через : .
- Теорема Птолемея: для вписанного четырёхугольника
- Свойство вписанной трапеции: если трапеция вписана в окружность, она обязательно равнобокая — у неё равны диагонали и равны боковые стороны.
- Теорема косинусов — основной инструмент доказательства признака вписанности по углам через сравнение косинусов.
Этого набора достаточно почти для всех задач №17 этого типа: признак вписанности плюс Птолемей или степень точки для вычислений.
Как решать: метод и алгоритм
- Сделать аккуратный чертёж, отметить все данные отрезки, углы, точки касания и пересечения.
- Для пункта «докажите, что можно описать окружность» выбрать один из путей:
- если известны стороны и диагональ (или их можно вычислить) — найти косинусы двух противоположных углов через теорему косинусов в двух треугольниках, на которые диагональ делит четырёхугольник, и показать, что ;
- если в условии есть окружность, касательные, секущие — искать равные углы через вписанный угол, угол между касательной и хордой, свойства параллельности сторон.
- Как только вписанность доказана, использовать её как источник новых соотношений:
- теорема Птолемея, если известны все стороны и одна диагональ — вторая находится напрямую;
- степень точки, если есть пересечения секущих или касательная;
- при параллельности сторон проверить, не образуется ли внутри окружности равнобокая трапеция — тогда сразу равны диагонали или боковые стороны, что резко сокращает вычисления.
- Довести решение до числового или буквенного ответа и проверить его правдоподобие (сравнить с известными длинами, знаками, диапазоном углов).
Разбор примера
Пример 1
Параллелограмм и окружность расположены так, что сторона касается окружности, — хорда окружности, а стороны и пересекают окружность в точках и соответственно. Известно, что , , . Требуется: а) доказать, что около четырёхугольника можно описать окружность; б) найти .
Понимание конструкции. Так как — хорда, точки и лежат на окружности . Прямая проходит через точку (она уже на окружности) и пересекает ещё раз в точке — значит и это две точки пересечения прямой с . Аналогично прямая пересекает в точках и . Пусть — точка касания окружности с прямой .
Поскольку — параллелограмм, и , .
Шаг 1. Степень точек и . Из точки проведена касательная и секущая ––, поэтому Из точки проведена касательная и секущая ––, поэтому Отсюда , , а значит Так как (параллелограмм), то .
Шаг 2. Трапеция — равнобокая. Хорда лежит на прямой , хорда — на прямой . Так как , то , значит — трапеция, вписанная в . Любая вписанная трапеция равнобокая, поэтому равны её боковые стороны и равны диагонали: а также равны углы у одного основания: и .
Шаг 3. Доказательство пункта а). Так как лежит на отрезке , луч совпадает с лучом , поэтому . Так как лежит на отрезке , луч совпадает с лучом , поэтому . В параллелограмме противоположные углы равны: . Луч совпадает с лучом , значит . Собирая цепочку: Точки лежат на одной прямой, причём между и , поэтому углы и смежные: Отсюда . В четырёхугольнике углы при вершинах и — противоположные, а их сумма равна , значит вокруг можно описать окружность. Пункт а) доказан.
Шаг 4. Вычисление (пункт б). Используем теорему Птолемея для вписанной трапеции (порядок вершин на окружности ): Так как (диагонали равнобокой трапеции равны), правая часть равна . Подставим известные длины: Тогда Раскроем скобки: Сложим: Так как длина неотрицательна,
Это и есть искомый ответ. Задача демонстрирует связку «степень точки → свойство вписанной трапеции → теорема Птолемея» — типичный набор инструментов для сложных задач этой подтемы.
Пример 2
В выпуклом четырёхугольнике известны , , , диагональ . а) Докажите, что вокруг четырёхугольника можно описать окружность. б) Найдите .
Шаг 1. Углы через диагональ. Диагональ делит четырёхугольник на треугольники и . Найдём косинусы углов и по теореме косинусов.
В треугольнике (, , ):
В треугольнике (, , ):
Шаг 2. Доказательство пункта а). Получили и , то есть . Так как углы четырёхугольника лежат в промежутке , равенство равносильно (а именно , ). Сумма противоположных углов равна — по признаку вокруг можно описать окружность. Пункт а) доказан.
Шаг 3. Вычисление (пункт б). Раз вписан, применяем теорему Птолемея: Подставляем данные:
Этот пример показывает более короткий, «формульный» путь: доказательство через сравнение косинусов противоположных углов и мгновенное вычисление диагонали по Птолемею — без построения вспомогательных точек.
Типичные ошибки
- Путают признак «сумма противоположных углов равна » с суммой соседних углов — у произвольного четырёхугольника соседние углы ничего не обязаны давать в сумме, а вот у параллелограмма сумма соседних углов и так , что не имеет отношения к вписанности.
- Применяют теорему Птолемея к четырёхугольнику, вписанность которого не доказана — это грубая логическая ошибка, за неё снимают баллы даже при верном числовом ответе.
- Путают порядок сторон в формуле Птолемея: произведение диагоналей должно равняться сумме произведений именно противоположных сторон, а не соседних.
- При использовании степени точки путают, какая величина возводится в квадрат (касательная), а какая раскладывается в произведение (секущая), и забывают проверить, что точка действительно вне окружности.
- Не проверяют знак косинуса при доказательстве через углы — теряется информация о том, тупой угол или острый, из-за чего доказательство «зависает» без вывода про сумму .
- Неправильно определяют основания трапеции, вписанной в окружность, и путают, какие стороны должны быть равны (боковые стороны или диагонали).
На что обратить внимание на экзамене
- Пункт а) (доказательство) оценивается отдельно: без корректно записанной логической цепочки не засчитают и верный численный ответ пункта б). Прописывайте признак вписанности явно, ссылаясь на конкретную теорему.
- Если в условии встречаются параллельные стороны и окружность, сразу проверяйте, не образуется ли вписанная равнобокая трапеция — это часто кратчайший путь к ответу.
- Держите в голове теорему Птолемея как быструю связку между диагональю и сторонами вписанного четырёхугольника — она экономит время по сравнению с двойным применением теоремы косинусов для поиска второй диагонали напрямую.
- Не забывайте про степень точки, когда в условии явно фигурируют касательные и секущие к окружности — это почти всегда сигнал использовать именно это соотношение.
- Проверяйте правдоподобие ответа на чертеже: диагональ или отрезок должны сочетаться по величине с уже известными сторонами (например, быть не длиннее суммы других сторон).
Частые вопросы
Как быстро понять, какой признак вписанности использовать в конкретной задаче?
Если известны все стороны и диагональ — считайте косинусы двух противоположных углов через теорему косинусов и сравнивайте их с противоположным знаком. Если в условии фигурируют окружность, касательные и секущие — ищите равные вписанные углы или угол между касательной и хордой.
Всегда ли можно применять теорему Птолемея?
Нет, только после того как доказано, что четырёхугольник вписанный. Для произвольного четырёхугольника формула Птолемея превращается в неравенство, а не в равенство.
Что делать, если в задаче параллельные стороны и окружность?
Проверьте, не образуют ли точки пересечения окружности с этими сторонами вписанную трапецию — она обязательно равнобокая, что сразу даёт равенство диагоналей или боковых сторон и упрощает вычисления.
Как использовать степень точки в задачах с касательной и секущей?
Если из внешней точки проведены касательная длиной и секущая, пересекающая окружность в точках и , то . Это соотношение обычно и даёт нужное уравнение для нахождения неизвестного отрезка.
Почему в примере с параллелограммом ответ получился в виде b + корень из ac?
Потому что при применении теоремы Птолемея к вписанной трапеции квадрат искомой диагонали разложился в полный квадрат суммы: , и извлечение корня сразу дало компактную формулу.
Обязательно ли доказывать вписанность через углы, а не через равенство отрезков?
Нет, способов доказательства несколько: через сумму противоположных углов, через равенство углов, опирающихся на общий отрезок, или через свойства конкретной конфигурации (например, вписанной трапеции). Выбирайте тот, для которого в условии больше готовых данных.