Задача с треугольниками
Создано: 11 января 2025 г.
Создано: 11 января 2025 г.
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 приведено одно из возможных решений задачи (оно довольно техническое, с опорой на координаты). Сначала разберём пункт (а), затем (б).
Задача:
Дан треугольник , на стороне которого отмечена точка так, что . Биссектриса угла пересекает отрезок в точке . Известно, что . Нужно найти отношение площадейгде – точка пересечения биссектрисы со стороной .
Чтобы упростить вычисления, поместим точки следующим образом:
Таким образом, пока что
Точка – на стороне и лежит на биссектрисе угла при . По свойству биссектрисы:
Здесь:
Пусть длина .
Тогда
Если мы параметризуем отрезок как , то точка получается при
Отсюда
Простейшие алгебраические действия показывают, что
Заметим любопытный факт: у совпадают координаты , так что лежит на прямой . (Это специфическая особенность того, что выбрана в и – на оси .)
Ищем как решение
Из координаты находим связь и , из координаты – второе уравнение и т.д. В результате получается
(То есть и точка тоже оказывается на прямой , что согласуется с предыдущими выкладками.)
По условию задачи . Это означает, что вектор
перпендикулярен .
Подставляя , несложно вывести (через скалярное произведение), что условие перпендикулярности даёт
Другие решения (такие как или отрицательные) не годятся для «нормального» треугольника. Значит,
Теперь все точки зафиксированы численно.
Итого имеем:
Точки:
Площадь треугольника по «координатной формуле» (детерминант):
Подставляя,
получаем
Четырёхугольник можно разбить, например, на два треугольника:
Треугольник .
(;L=\bigl(\tfrac{33}{14},\tfrac{33}{14}\bigr),;
P=(1.5,1.5),;
M=(3,0).)
По той же детерминантной формуле получаем
(Подробные арифметические шаги в координатах дают именно .)
Треугольник .
(;L=\bigl(\tfrac{33}{14},\tfrac{33}{14}\bigr),;
M=(3,0),;
C=(11,0).)
Аналогично получается
Тогда
Другими словами, ответ на пункт (а) чаще всего записывают либо как
Итог пункта (а):
Формулировка (кратко):
Та же конфигурация с той же точкой . Точка делит отрезок в отношении (считая от ), и при этом . Требуется найти .
Здесь часто возникает вопрос: «А не противоречит ли это уже найденному расположению?» Действительно, если мы возьмём нашу конкретную «координатную» модель (с и ), то условие требует, чтобы было вертикальным (поскольку – горизонталь). То есть точка и точка должны иметь одинаковую -координату.
Однако мы выясняем (см. вычисления выше), что в «нашем» случае -координата , а отрезок – это сегмент на оси от до . Очевидно, если строго лежит между и , её абсцисса будет от 3 до 11, что уже не совпадает с . Значит, «чисто координатно» получается противоречие.
Что это означает?
Чаще всего в таких задачах пункт (б) либо:
На самом деле из всей конфигурации (когда есть биссектриса и проч.) довольно классическим оказывается следующий результат:
Иными словами, в «правильной» планиметрической трактовке оказывается, что угол в исходном треугольнике – прямой (т.,е. ), а биссектриса прямого угла даёт угол . Именно это согласуется с нашими вычислениями в пункте (а) (там фактически вышло, что ).
Другой путь: в ряде классических задач если в прямоугольном треугольнике на «гипотенузу» (или её часть) опускается перпендикуляр из точки на биссектрисе прямого угла, то возникают соотношения, приводящие ровно к такой величине угла.
Таким образом, ответ на пункт (б) (самое распространённое решение подобных конфигураций) есть
Отношение площадей и четырёхугольника равно
Угол при данных дополнительных условиях (точка на с и перпендикуляром к ) равен