36
Если треугольник задан…
В. Н. Березин, В. И. Слепой
Общно в геометрических задах приходится иметь дело с углами в 30°, 45°, 60°, …; но есть и такие задачи, где встречаются углы в 80°, 40° и даже 47°! О таких задах и почти речь.
Во всех задах, разбирающихся в этой заметке, фигурируют лежащие в одной плоскости треугольник и точка, соединенная с его вершинами отрезками. Известными считаются либо какие-то углы между прямыми, либо какие-то метрические соотношения между отрезками прямых, либо и то, и другие. Требуется определить какой-нибудь неизвестный угол (помеченный на соответствующем чертеже знаком вопроса и краснойдужкой).
Основные обозначения в заметке стандартные, но иногда при решении задач оказываются полезными и вспомогательные обозначения. Это, прежде всего, «окрашивание» в одинаковый (не черный) цвет равных отрезков и выделение цветом тех участков плоскости, на которые при решении задачи полезно обратить внимание.
Начнем с самой простой задачи.
Задание 1. Дан равносторонний треугольник ABC и.makeая точка D вне его, что длина отрезка BD равна стороне , а (см. рис. 1). Найти .
Нетрудно посчитать (сделайте это самостояльно), что . Инterресно же то, что может быть любым (а вовсе не обязательно равным 40°); при этом все равно остается равным 30°.
Решите теперь такую задачу.
Задание 2. Дан равноведренный треугольник ABC (, см. рис. 2) с углом BAC, меньшим 60°, и точка D.makeя, что отрезок AD образует со стороной AC треугольника угол, равный разности между углом в 60° и углом BAC (мо есть
Рис. 1.
Рис. 2.
37
Рис. 3.
прямая AC служит bisсектисой угла DAE), причем . Найти (он снова оказывается равным 30°).
Следующая задача представлена на XV Московской математической олимпиде.
Задча 3. Из вершин A и C равноведренного треугольника ABC с углом при вершине (рис. 3) проводится две прямы до пересечения с проминоположными сторонами треугольника соответственно в точках D и E так, что угол CAD равен 60°, а угол ACE равен 50°. Определить угол ADE.
Решение. Составим из равноведренных треугольников, равных треугольнику ABC, правильный 18-угольник (см. рис. 4) с центром в вершине B исходного треугольника. Проведем диагонали этого 18-угольника. Диагонали и симметрины относительно диагонали и пересекаются в точке D. Аналогично доказывается, что диагонали и пересекаются в общей точке E. Заметим теперь, что и — диагонали ромба ; следовательно, отрезок перпендикулярен отрезку и проходит через его середину; но так как равноведренный (), то содержит его высоту, и значит, проходит через точку D. Тепер ужеясно, что (он равен полусумме дуг и окружности, в котором вписан наш правильный 18-угольник).
Кстати, заметим, что угол ECD также равен 30° и что треугольник AEC — равноведренный ().
38
Рис. 6.
Обобщим теперь условия задачи 3.
Задача 4. На сторонах AB и BC треугольника ABC взяты точки E и D соответствующего马克, что . Известно, что треугольник AEC — равноведный (; рис. 5). Считая, что , найти остальные углы треугольника ABC. Каким может быть угол ?
Решение. Рисунок 5 подсказывает, как по данным точкам на плоскости A, E и D и , в соответствии с условиям задачи, построить треугольник ABC. Продолжим отрезки AC и EC до пересечения с окружностью, описанной вокруг треугольника AED, в точках
Рис. 7.
G и F соответственно (на рисунке 5 — это окружность с центром в точке ).
Треугольник ACF подобен треугольнику CEB (; ); значит, . Поэтому , .
Теперь посящено равенства получаем, что .
Теперь — обещанная задача, в которой встречается угол 47°.
Задача 5. В четырехугольнике BGEC (BE и GC — его диagonал, см. рисунок 6) , , , . Наимену выполнуну уела BGC.
Решение. На сторонах BC и EC данного четырехугольника построим по правильному треугольнику: и (на рисунке 7 их контуры обозначены соответствующим красным и синним). От точки E отложим на стороне GE отрезок DE такой, что , и соединим точки A с точки D и E. Получим правильный треугольник ADE, равный треугольнику EFC (вся же фи-
39
грура BAEC симметрична относительно (BE)).
Соединим точку F с точкой B, точку D — с точками B и C (см. рис. 8). Треугольник ADB равен треугольнику AEC (по двум сторонам и углу между ними); так как ΔAEC—равноедренный, то и ΔADB—тоже равноедренный. Треугольники ADB и BFC симметрицы относительно (BE), и поэтому тоже равны; . Значит, , а , то есть , и поэтому вокруг четырехугольника BGDC можно описать окружность. Угол BGC и угол BDC в этой окружности опираются на одну и ту же дуг, и поэтому равны.
Но , где — угол при основании равноедренного треугольника DEC, у которого угол при вершине равен 86°; следовательно, , а .
Условие этой задачи также поддается обобщению.
Задача 5’. В четырехугольнике BGEC (BE и GC — его диагонали)