МОШ 2025, 9 класс, задача 6

Очень сложная
Планиметрия

Высоты , , остроугольного треугольника пересекаются в точке . Биссектриса угла пересекает отрезок в точке , биссектриса угла пересекает отрезок в точке . Обозначим величину угла через . Аналогично определим и . Найдите значение суммы .

Рисунок к условию задачи 6

(А. Доледенок)

Войдите, чтобы проверять ответы

Ответ: .

Решение. Обозначим точки пересечения биссектрис углов и с отрезком через и соответственно. Докажем, что

Из этого будет следовать решение задачи — сумма из условия разбивается на три пары углов с суммой (см. рисунок), то есть искомая сумма будет равна .

Рисунок к решению задачи 6

Способ 1. Окружность, построенная на как на диаметре, проходит через точки и , а биссектрисы вписанных углов и проходят через середину дуги , на которую они опираются; обозначим её через . Таким образом, — это точка пересечения прямых и .

Первый рисунок к способу 1 задачи 6

Поскольку

то точки , , , лежат на одной окружности. Аналогично точки , , , лежат на одной окружности.

Второй рисунок к способу 1 задачи 6

Тогда

что и требовалось.

Способ 2. Так как , то и , поэтому

Следовательно, прямоугольные треугольники и подобны по двум углам, поэтому

Как известно, треугольники и подобны треугольнику , а следовательно, подобны друг другу. Отсюда

Из равенств и следует, что

Воспользуемся ещё одним известным фактом: высота — это биссектриса угла . Из получаем, что треугольники и подобны по углу и отношению прилежащих сторон, откуда .

Рисунок к способу 2 задачи 6

Тогда

что и требовалось доказать.

Способ 3. Пусть — точка, изогонально сопряжённая относительно треугольника . Так как

то точки и — соответствующие точки в подобных треугольниках и . Тогда , что и требовалось доказать.

Рисунок к способу 3 задачи 6

Способ 4. Пусть и — точки пересечения описанных окружностей треугольников и с прямыми и соответственно. Так как четырёхугольник вписанный, то

Так как четырёхугольник вписанный, то

Таким образом, треугольники и подобны по двум углам. Поскольку четырёхугольник вписанный, то , поэтому

Таким образом, прямоугольные треугольники и подобны по двум углам.

Рисунок к способу 4 задачи 6

На гипотенузах и подобных треугольников и построены соответствующим образом подобные треугольники и . Следовательно, полученные четырёхугольники и подобны. Тогда диагонали и образуют одинаковые углы с соответствующими сторонами и , то есть , что и требовалось доказать.

Способ 5. Продлим высоту и отметим на ней такие точки и , что и . Тогда в равнобедренном треугольнике внутренние углы при стороне равны половине внешнего угла , поэтому

Аналогично им равны и углы и . Следовательно, четырёхугольники и вписанные.

Равенство, которое мы хотим доказать, можно эквивалентно переписать в виде . Воспользовавшись доказанными вписанностями, получим

Таким образом, нужно доказать равенство углов и , что эквивалентно подобию прямоугольных треугольников и . Чтобы доказать это подобие, запишем отношение соответствующих сторон и воспользуемся равенствами и :

Последнее равенство верно, так как треугольники и подобны, что и требовалось.

Рисунок к способу 5 задачи 6

Замечание для знатоков. Точки и возникают, если сделать естественное преобразование для треугольника — композицию инверсии с центром в точке радиуса и центральной симметрии в точке . При этом преобразовании вершины треугольника переходят в основания высот, а точки и — в точки и .

Способ 6. Введём обозначения для углов: , , , . Поскольку и меньше , то их равенство равносильно равенству их тангенсов, поэтому

Запишем теоремы синусов для треугольников и :

Разделив одно равенство на другое, получим

По свойству биссектрисы . Подставив и воспользовавшись теоремой синусов для треугольника , получим

Аналогично доказывается, что

то есть , что и требовалось.

Комментарий. Аналогично доказывается, что сумма углов, указанных на картинке, равна .

Рисунок к комментарию задачи 6

Похожие задачи

МОШ 2025, 10 класс, задача 6

Около таверны стоят 100 эльфов, 100 гномов и 100 орков. Сначала в неё заходят 10 эльфов, 10 гномов и 10 орков. Затем каждую минуту из неё выходит одно существо и тут же заходит другое, причём всегда после выхода эльфа заходит гном, после выхода гнома — орк, а после выхода орка — эльф. Могло ли оказа
Очень сложная
Планиметрия

МОШ 2021, 11 класс, задача 4

Существует ли такой выпуклый четырёхугольник, у которого длины всех сторон и диагоналей в некотором порядке образуют геометрическую прогрессию? (О. Н. Косухин)
Очень сложная
Планиметрия

МОШ 2025, 11 класс, задача 4

Назовём подмножество A плоскости похожим на прямую, если для некоторой прямой ell той же плоскости найдётся такое взаимно однозначное соответствие f:ellto A, что для всяких двух точек X, Y на прямой ell длина отрезка XY отличается от длины отрезка f(X)f(Y) не более, чем на 1. Верно ли, что любое под
Очень сложная
Планиметрия

МОШ 2025, 11 класс, задача 4

Существуют ли такие натуральные числа m и n и такой многочлен f(x) с целыми коэффициентами, что f(m) не делится на n, но f(pk) делится на n для любого простого числа p и любого натурального k? (А. Волостнов, С. Гришин)
Очень сложная
Планиметрия