18

Решение: Окружность в треугольнике

ЕГЭ · Математика, профиль · Задание 18 · Планиметрия
ВысокаяФИПИEA7D2BРазвёрнутое решение≈ 15 минутРазбор в 7 шагов
Условие

В треугольнике $ABC$ точки $A_1$, $B_1$ и $C_1$ — середины сторон $BC$, $AC$ и $AB$ соответственно, $AH$ — высота, $\angle BAC=120^\circ$, $\angle BCA=45^\circ$. Докажите, что точки $A_1$, $B_1$, $C_1$ и $H$ лежат на одной окружности. Найдите $A_1H$, если $BC=6\sqrt{3}$.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

7 шагов
1

Так как $\angle BAC=120^\circ$ и $\angle BCA=45^\circ$, то $\angle ABC=15^\circ$. Разместим треугольник на координатной плоскости: $C=(0,0)$, $B=(6\sqrt{3},0)$. Луч $CA$ образует с осью абсцисс угол $45^\circ$.

2

По теореме синусов найдём длину $AC$:

$$AC=\frac{BC\sin 15^\circ}{\sin 120^\circ}=12\sin 15^\circ=3(\sqrt{6}-\sqrt{2})$$
3

Следовательно, координаты точки $A$ имеют вид:

$$A=\left(AC\cos45^\circ,AC\sin45^\circ\right)=\left(3(\sqrt{3}-1),3(\sqrt{3}-1)\right)$$
4

Поскольку $AH$ — высота к стороне $BC$, которая лежит на оси абсцисс, получаем:

$$H=\left(3(\sqrt{3}-1),0\right)$$
5

Координаты середин сторон равны:

$$A_1=(3\sqrt{3},0),\quad B_1=\left(\frac{3(\sqrt{3}-1)}2,\frac{3(\sqrt{3}-1)}2\right),\quad C_1=\left(\frac{3(\sqrt{3}-1)+6\sqrt{3}}2,\frac{3(\sqrt{3}-1)}2\right)$$
6

Рассмотрим окружность, проходящую через точки $A_1$ и $H$. Её уравнение можно записать в виде $X^2+Y^2-(x_H+x_{A_1})X+EY+x_Hx_{A_1}=0$. Подстановка координат точек $B_1$ и $C_1$ показывает, что для одного и того же значения $E$ обе точки удовлетворяют этому уравнению. Значит, точки $A_1$, $B_1$, $C_1$ и $H$ лежат на одной окружности.

Точки $A_1$ и $H$ лежат на оси абсцисс, поэтому расстояние между ними равно разности их абсцисс:

$$A_1H=3\sqrt{3}-3(\sqrt{3}-1)=3$$
Ответ

Точки $A_1$, $B_1$, $C_1$ и $H$ лежат на одной окружности; $A_1H=3$.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Неверно определяют угол $ABC$: он равен $15^\circ$, а не $75^\circ$.

Забывают, что высота $AH$ перпендикулярна стороне $BC$.

Ошибаются при вычислении $\sin15^\circ$ или при нахождении координат середины отрезка.

Доказывают существование окружности только для трёх точек, не проверяя принадлежность четвёртой точки.

Закрепить приёмВ теме «Планиметрия» ещё 131 задача — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 18 ЕГЭ, математика, профиль

Разбор этой задачи разложен на 7 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Планиметрия»: в ней 132 задачи, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.