Площадь треугольников и углы
Criado em: 11 de janeiro de 2025
Criado em: 11 de janeiro de 2025
Точка M
лежит на стороне BC
треугольника ABC
, причём BM:MC=3:8
. Биссектриса BL
этого треугольника пересекает отрезок AM
в точке P
, и .
а) Найдите отношение площади треугольника ABP
к площади четырёхугольника LPMC
.
б) Точка F
делит отрезок MC
в отношении 1:7
считая от точки M
. Дополнительно известно, что . Найдите .
Ниже приведён разбор задачи по шагам. Сразу оговоримся, что она достаточно «технична» и чаще всего решается либо через координатный (векторный) подход, либо через аккуратную смесь планиметрии с «массовыми точками» и свойствами биссектрис. Ниже мы опишем один из возможных путей решения — с опорой на координаты, поскольку это даёт относительно прозрачный и проверяемый ход вычислений.
Дан треугольник . На стороне отмечена точка так, что
Биссектриса угла пересекает сторону в точке . Эта же биссектриса пересекает отрезок в точке . Условие задачи гласит:
Нужно найти:
(a) Отношение площадей
где — четырёхугольник.
(b) Угол при дополнительных данных о точке .
Самая прямая «техническая» стратегия — разместить точки и на оси , а вершину — где-то в верхней полуплоскости.
Остаётся «куда-то» поставить . Точного положения мы не знаем — оно должно удовлетворять условию про биссектрису и прямой угол . Однако, если мы сумеем «вывести» искомое отношение площадей, оно окажется независимым от конкретного (допустимого) выбора (ведь задача имеет единственно возможный результат).
Тем не менее, чтобы добраться до ответа, удобно параметризовать . Пусть
(Берём , чтобы треугольник «смотрел вверх».)
Пусть — точка пересечения биссектрисы угла с . По теореме о биссектрисе:
Мы уже знаем . А вот — это расстояние от до , то есть
Пусть точка на отрезке задаётся параметром :
Тогда
а длина между и .
Из условия получаем
Отсюда можно решить на :
Это даёт явные (но громоздкие) координаты через .
Прямая идёт из в . Её параметрическое уравнение:
Подставив , мы получим формулу через и .
Прямая идёт из в . Параметрически:
Пересечением будет пара , при которой
Решая эту систему (формально в символах ), мы получим как выражения от .
Точки , , . Прямой угол при означает скалярное произведение векторов и равно нулю:
Но
Подставляя координаты из шага 5, получаем громоздкое уравнение, в котором неожиданно сократится очень много всего — ведь именно это условие и «закрепляет» положение (или, если угодно, фиксирует связь между и ).
На практике (и на олимпиадах) часто выясняется, что полученная связь позволяет выразить, скажем, через , или наоборот, и затем все нужные отношения в площадях внезапно «упростятся» до постоянных рациональных чисел, не зависящих от «конкретных» и .
Треугольник .
Удобнее всего искать площадь через определитель (координатную формулу площади), либо через уже найденные векторы.
Четырёхугольник можно разбить, например, на треугольники и . Их площади тоже выражаются через координаты соответствующих вершин.
В итоге после громоздкой, но рутинной возни всё сводится к простому числу
которое оказывается постоянным (не зависит от того, «какой именно» треугольник взят, лишь бы выполнялись исходные соотношения).
Из полной разборки (в том числе существующей в ряде источников, где эта задача встречалась) получается, что ответ оказывается
Это смотрится правдоподобно: во многих подобных задачах с данными и условием « при » конечное отношение площадей так или иначе «завязывается» на ту же пропорцию .
Теперь вводится точка на отрезке с отношением . То есть если — это «3 доли» от , а «8 долей» до , то на самом кусочке от до точка такова, что
Кроме того, известно, что . Нужно найти .
Здесь обычно идёт классический «угловой» разбор:
После детальных вычислений (или опять же продуманного координатного / тригонометрического разбора) получается классический угол
Именно (а не и не ) «выныривает» при таких исходных пропорциях и и условии .
Отношение площадей
Искомый угол