В треугольнике ABC проведены биссертрисы [AD] и [CE]. Докажите, что ∣CE∣⋅∣AB∣=∣AD∣⋅∣BC∣ тогда и только тогда, когда выполняется хотя бы одно из двух условий: 1) ∣AB∣=∣BC∣; 2) ABC=60∘.
А. П. Сабин
Решение
В треугольнике ABC проведены биссектрисы AD и CE. Доказите, что ∣CE∣⋅∣AB∣=∣AD∣⋅∣BC∣ между молько модула, коэффицием хотя бы одно из двух условий: 1) ∣AB∣=∣BC∣; 2) ABC=60∘.
Введем стандартные обозначения: a — длина стороны BC, c — длина стороны AB, la — длина биссектрисы угла A, lc — длина биссектрисы угла C. Величины углов при вершинах соответствующего обозначим через α, β и γ. Кроме того, обозначим величины угла AEC через φ1, а угла ADC через φ2 (рис. 1). Из рассмотренная треугольник AEC и ADC следует, что
α+2γ+φ1=π,
2α+γ+φ2=π.
Кроме того, мы можем выразить площадь треугольника ABC двумя способами: S=21alasinφ2 и S=21clcsinφ1, поскольку ha=lasinφ2, а hc=lcsinφ1. Отсюда
alasinφ2=clcsinφ1.
Покажем теперь, что из соответствия
ala=clc
следует хотя бы одно из условий, данных в задаче. Из (2) и (3) следует, что
sinφ2=sinφ1.
Равенство синусов может быть в двух случаях (так как 0<φi<π):
φ1=φ2,
φ1=π−φ2.
Если выполено (5), то из (1) получаем:
α+2γ+φ1=π,
2α+γ+φ1=π.
Вычитая одно соответствие из другого, получаем, что α=γ, то есть треугольник ABC — равноведенный, a=c.
Пусть выполено соответствие (6), тогда из (1) следует, что