Задание 17: вписанные окружности и четырёхугольники — гайд для ЕГЭ
Задачи (41)
- № 513267Отрезок, соединяющий середины M и N оснований BC и AD соответственно трапеции ABCD, разбивает её на две трапеции, в каждую из которых можно с ответом
- № 503002Биссектриса угла ADC параллелограмма ABCD пересекает прямую AB в точке E. В треугольник ADE вписана окружность, касающаяся стороны AE в точкс ответом
- № 503130Биссектриса угла ADC параллелограмма ABCD пересекает прямую AB в точке E. В треугольник ADE вписана окружность, касающаяся стороны AE в точкс ответом
- № 514372К окружности, вписанной в квадрат ABCD, проведена касательная, пересекающая стороны AB и AD в точках M и N соответственно.а) Докажите, что пс ответом
- № 514374Диагонали AC и BD четырёхугольника ABCD, вписанного в окружность, пересекается в точке P, причём BC = CD.а) Докажите, что … б) Найдите площас ответом
- № 514522Квадрат ABCD вписан в окружность. Хорда CE пересекает его диагональ BD в точке K.а) Докажите, что … б) Найдите отношение CK и KE, если …с ответом
- № 514719Отрезок, соединяющий середины M и N оснований BC и AD соответственно трапеции ABCD, разбивает её на две трапеции, в каждую из которых можно с ответом
- № 517741Окружность, вписанная в трапецию ABCD, касается ее боковых сторон AB и CD в точках M и N соответственно. Известно, что AM = 8MB и DN = 2CN.ас ответом
- № 517758В трапецию ABCD с основаниями AD и BC вписана окружность с центром O.а) Докажите, что … б) Найдите площадь трапеции, если … а основания равнс ответом
- № 518116В прямоугольную трапецию ABCD с прямым углом при вершине A и острым углом при вершине D вписана окружность с центром O. Прямая DO пересекаетс ответом
- № 526255Около остроугольного треугольника ABC с различными сторонами описали окружность с диаметром BN. Высота BH пересекает эту окружность в точке с ответом
- № 526292Точка O — центр вписанной в треугольник ABC окружности. Прямая OB вторично пересекает описанную около этого треугольника окружность в точке с ответом
- № 526727Окружность, вписанная в ромб ABCD , касается сторон CD и BC в точках M и Q соответственно. Прямые AM и BC пересекаются в точке P.а) Докажитес ответом
- № 552513В окружность радиуса … с центром в точке O вписана трапеция ABCD. Основание трапеции AD является диаметром окружности, угол BAD равен 60°. Хс ответом
- № 556537Дана трапеция KLMN с основаниями KN и LM. Окружности, построенные на боковых сторонах KL и MN как на диаметрах, пересекаются в точках A и B.с ответом
- № 560140Четырёхугольник ABCD вписан в окружность, причём диаметром окружности является его диагональ AC. Также известно, что в ABCD можно вписать окс ответом
- № 561450К окружности, вписанной в квадрат ABCD, проведена касательная, пересекающая стороны AB и AD в точках M и N соответственно.а) Докажите, что пс ответом
- № 562939В параллелограмме ABCD расположены две равные непересекающиеся окружности. Первая касается сторон AD, AB и BC, вторая — сторон AD, CD и BC.ас ответом
- № 563577Трапеция ABCD с большим основанием AD и высотой BH вписана в окружность. Прямая BH вторично пересекает эту окружность в точке K. а) Докажитес ответом
- № 563669Дана трапеция ABCD, где AB = BC = CD, точка E лежит на плоскости так, что BE ⊥ AD и CE ⊥ BD.а) Докажите, что углы AEB и BDA равны.б) Найдитес ответом
- № 621779Около окружности с центром O описана трапеция ABCD с основаниями AD и BC.а) Докажите, что AB — диаметр окружности, описанной около треугольнс ответом
- № 627185На окружности ω отмечены точки M, N, K таким образом, что MN — диаметр, а K — середина дуги MN. Точка E — середина хорды MK. Точка B — середс ответом
- № 628918Выпуклый четырехугольник ABCD вписан в окружность радиуса R с центром в точке O, его диагонали AC и BD пересекаются в точке P, а продолженияс ответом
- № 629507В равнобедренном тупоугольном треугольнике ABC на продолжение боковой стороны BC опущена высота AH. Из точки H на сторону AB и основание AC с ответом
- № 630220На стороне BC параллелограмма ABCD выбрана точка M такая, что … а) Докажите, что центр вписанной в треугольник AMD окружности лежит на диагос ответом
- № 632832В трапеции АВСD боковая сторона CD перпендикулярна основаниям AD и ВС. В эту трапецию вписали окружность с центром О. Прямая АО пересекает пс ответом
- № 639116Окружность, вписанная в равнобедренную трапецию ABCD, касается боковых сторон AB и CD в точках M и N соответственно. Отрезок AN пересекает ос ответом
- № 639772Около окружности с центром O описана трапеция ABCD с основаниями AD и BC, K — точка касания окружности со стороной AB.а) Докажите, что … б) с ответом
- № 639954Серединный перпендикуляр к стороне AB треугольника ABC переcекает сторону AC в точке D. Окружность с центром O, вписанная в треугольник ADB,с ответом
- № 640283На окружности отмечены точки K, L, M, N, причем прямые KL и MN пересекаются вне круга в точке E, прямые LM и KN пересекаются вне круга в точс ответом
- № 640578Окружности, построенные на боковых сторонах трапеции как на диаметрах, касаются между собой.а) Докажите, что в трапецию можно вписать окружнс ответом
- № 649749Окружность, вписанная в трапецию ABCD, касается ее боковых сторон AB и CD в точках М и N соответственно. Известно, что … и … а) Докажите, чтс ответом
- № 652139В четырехугольнике ABCD противоположные стороны не параллельны. Диагонали четырехугольника ABCD пересекаются в точке О под прямым углом и обс ответом
- № 672196В параллелограмме ABCD на стороне AD отмечена точка N так, что в четырехугольник BCDN можно вписать окружность. Известно, что … … а) Докажитс ответом
- № 674027В четырехугольник ABCD можно вписать окружность, а углы АВС и ADC — прямые.а) Докажите, что окружности, вписанные в треугольники ABD и DBC, с ответом
- № 681199В четырёхугольник KLMN вписана окружность с центром O. Эта окружность касается стороны MN в точке A. Известно, что … … а) Докажите, что точкс ответом
- № 682464В ромбе ABCD точки K и L — середины сторон BC и CD соответственно. Прямые AK и AL пересекают диагональ BD в точках P и Q соответственно. а) с ответом
- № 683409Окружность, вписанная в равнобедренную трапецию ABCD, касается ее боковой стороны CD в точке M. Луч AM вторично пересекает окружность в точкс ответом
- № 696386Окружность, вписанная в квадрат ABCD, касается его стороны AB в точке K, а стороны AD в точке E. Отрезки CK и CE пересекают окружность в точс ответом
- № 697994В равнобедренную трапецию ABCD с основаниями AD и BC … вписана окружность с центром O. Из вершины C опущена высота CH.а) Докажите, что прямас ответом
- № 700455Окружность с центром в точке О, вписанная в равнобедренную трапецию ABCD с основаниями … касается боковой стороны CD в точке K. Прямая АK пес ответом
О чём эта подтема
Задание 17 — это планиметрическая задача с двумя пунктами: сначала нужно что-то доказать (равнобедренность трапеции, параллельность прямых, свойство углов), а затем вычислить числовую величину (радиус, угол, длину). В подтеме про вписанные окружности и четырёхугольники чаще всего встречаются трапеции и параллелограммы, разбитые диагоналями, биссектрисами или средними линиями на части, в которые вписаны окружности. Ключевая идея почти всегда одна: свойства касательных к окружности и условие существования вписанной окружности в четырёхугольник дают алгебраические соотношения между сторонами, из которых и строится доказательство и вычисление.
Что нужно знать
1. Условие тангенциальности четырёхугольника. В выпуклый четырёхугольник можно вписать окружность тогда и только тогда, когда суммы противоположных сторон равны: Для трапеции это означает: сумма оснований равна сумме боковых сторон.
2. Радиус вписанной окружности трапеции. Если в трапецию вписана окружность, то она касается обоих оснований, значит расстояние между основаниями (высота) равно диаметру: Это работает для любой трапеции с вписанной окружностью, не только прямоугольной.
3. Равенство касательных. Отрезки касательных, проведённых из одной точки к окружности, равны. Отсюда для треугольника с вписанной окружностью длина касательной из вершины равна где — полупериметр, — сторона, противоположная вершине .
4. Гомотетия из общей вершины. Если точки касания вписанной окружности треугольника лежат на двух сторонах, выходящих из одной вершины, и отрезки от вершины до точек касания равны отрезкам от вершины до концов сторон в одинаковой пропорции, то отрезок между точками касания параллелен третьей стороне — это следствие подобия треугольников с общим углом.
5. Две окружности в одном угле. Если две окружности радиусов и вписаны в один и тот же угол (обе касаются его сторон) и касаются друг друга, причём ближе к вершине, то расстояние от вершины до центра окружности радиуса равно , и из условия внешнего касания получается формула: Эту формулу удобно выводить самому на чертеже, а не запоминать механически — тогда не перепутаете, какая окружность ближе.
6. Свойства параллелограмма. Противоположные стороны равны и параллельны, сумма соседних углов равна . Биссектриса угла, пересекающая продолжение противоположной стороны, вместе с накрест лежащими углами (из-за параллельности сторон) образует равнобедренный треугольник — это часто ключ к доказательствам.
Как решать: метод и алгоритм
Чертёж. Нарисуйте фигуру аккуратно, отметьте все точки касания окружностей со сторонами, обозначьте радиусы и равные отрезки (касательные) одинаковыми буквами.
Пункт а) — доказательство. Ищите один из типовых путей:
- применить условие тангенциальности к обеим частям фигуры и получить равенство сторон;
- воспользоваться равенством накрест лежащих углов при параллельных прямых (для параллелограмма с биссектрисой), чтобы доказать равнобедренность треугольника;
- использовать гомотетию/подобие относительно общей вершины, чтобы доказать параллельность отрезка, соединяющего точки касания, третьей стороне.
- Пункт б) — вычисление. Введите переменные для неизвестных длин, выразите условие через:
- равенство для трапеции с вписанной окружностью;
- тангенциальное условие ;
- теорему Пифагора в прямоугольном треугольнике, который образуют высота и боковая сторона трапеции;
- формулу для касательной или подобие треугольников для отрезка между точками касания.
Составьте уравнение (часто квадратное) и решите его. Если в задаче фигурируют две вписанные окружности в одном углу — используйте формулу с , предварительно найдя косинус или синус угла из прямоугольного треугольника на чертеже.
- Проверка. Убедитесь, что найденные длины положительны и соответствуют картинке (например, большее основание действительно больше меньшего).
Разбор примера
Пример 1. В трапеции с основаниями и отрезок соединяет середины оснований и делит трапецию на две трапеции и , в каждую из которых можно вписать окружность.
а) Доказать, что — равнобедренная трапеция.
Поскольку и — середины оснований, и . Для трапеции (стороны по порядку ) условие вписанной окружности даёт: Для трапеции (стороны ): Так как и , правые части равны, значит равны и левые: Боковые стороны равны при параллельных основаниях — трапеция равнобедренная.
б) Найти радиус окружности, касающейся , и вписанной окружности радиуса .
Из равнобедренности — ось симметрии, значит и , то есть — прямоугольная трапеция с прямыми углами при и . Высота этой трапеции равна , а для трапеции с вписанной окружностью высота равна диаметру: По условию , значит . Обозначим . Тангенциальное условие: С другой стороны, — гипотенуза прямоугольного треугольника с катетами и (горизонтальная разница оснований): Подставляя : Раскрываем: Тогда , , а разность оснований .
Теперь найдём угол : в прямоугольном треугольнике с катетами и и гипотенузой имеем Окружность радиуса вписана в тот же угол (между сторонами и ) и касается окружности радиуса извне, находясь ближе к вершине. По формуле: Умножим числитель и знаменатель на : Это и есть ответ.
Пример 2. В параллелограмме биссектриса угла пересекает прямую в точке . В треугольник вписана окружность, касающаяся в точке , а — в точке .
а) Доказать, что .
Так как , а — секущая, накрест лежащие углы равны: . По условию — биссектриса угла , значит . Отсюда , то есть треугольник равнобедренный с .
По свойству касательных из вершины : . Так как (равные отрезки делятся в равном отношении на равных сторонах ), треугольники и подобны с общим углом и пропорциональными сторонами — значит (гомотетия с центром ).
б) Найти угол , если , .
Обозначим . Так как , длина касательной из вершины равна Из подобия (коэффициент подобия ): Умножаем на : Лучше сразу: — умножим обе части на 2: Значит — треугольник равносторонний, и . Так как — биссектриса угла , то . В параллелограмме соседние углы дают в сумме , поэтому
Типичные ошибки
- Неверно определяют пары противоположных сторон при проверке тангенциального условия — важно брать стороны именно по порядку обхода четырёхугольника, а не «через одну» произвольно.
- Забывают, что для трапеции с вписанной окружностью высота равна удвоенному радиусу, и вместо этого пытаются искать высоту через громоздкие построения.
- Путают местами и в формуле для двух окружностей в одном угле — получают ответ больше исходного радиуса, хотя по смыслу задачи окружность должна быть меньше.
- Считают доказательство в пункте а) «очевидным» и не прописывают его строго — на экзамене такие рассуждения не засчитываются.
- При работе с параллелограммом забывают использовать накрест лежащие углы при параллельных сторонах и биссектрисе — без этого не удаётся доказать равнобедренность вспомогательного треугольника.
- Ошибаются в вычислении половинного угла: используют вместо в формуле для касающихся окружностей.
- Не проверяют полученные числовые значения на согласованность с чертежом (например, получают отрицательную длину или основание меньше другого вопреки условию).
На что обратить внимание на экзамене
Пункт а) оценивается отдельно от пункта б), поэтому даже если не получается довести вычисление до конца, доказательство нужно написать полностью, с явным указанием используемых теорем (равенство касательных, признак тангенциального четырёхугольника, свойства параллельных прямых). Эксперты снимают баллы за пропущенные логические шаги и за ссылки «видно из чертежа».
Перед тем как погружаться в вычисления, потратьте время на аккуратный чертёж и обозначение всех равных отрезков — это часто сразу подсказывает, какое уравнение нужно составить. Держите в голове базовый набор формул (тангенциальное условие, для трапеции, длина касательной , формула для двух окружностей в углу) — почти вся подтема строится на комбинации именно этих фактов. После получения ответа обязательно проверяйте его на разумность: длины положительны, углы в допустимом диапазоне, конфигурация не противоречит условию задачи.
Частые вопросы
Как проверить, что в четырёхугольник можно вписать окружность?
Нужно, чтобы суммы длин противоположных сторон совпадали: . Для трапеции это означает равенство суммы оснований и суммы боковых сторон.
Почему для трапеции с вписанной окружностью высота равна $2r$?
Окружность касается обоих оснований, а они параллельны, поэтому расстояние между ними (высота) равно диаметру окружности, то есть .
Как найти радиус меньшей окружности, вписанной в тот же угол и касающейся большей окружности?
Используйте формулу , где — угол, в который вписаны обе окружности, а — радиус окружности, расположенной дальше от вершины.
Как доказать параллельность отрезка между точками касания и стороны треугольника?
Через подобие треугольников с общей вершиной: если отрезки от вершины до точек касания пропорциональны сторонам в одинаковом отношении, треугольники подобны, а значит соответствующие стороны параллельны (гомотетия из общей вершины).
Что делать, если в задаче фигурирует биссектриса угла параллелограмма?
Ищите равнобедренный треугольник: биссектриса вместе с параллельными сторонами и секущей создаёт равные накрест лежащие углы, из-за чего два угла треугольника оказываются равны.
Сколько баллов можно получить, если решён только пункт а)?
Обычно за верное и полное доказательство пункта а) дают часть максимального балла (как правило 1 из 3), поэтому его стоит прописывать подробно, даже если вычисление в пункте б) не получилось.