Решение: Параллелограмм и биссектриса
В параллелограмме $ABCD$ угол $BAC$ вдвое больше угла $CAD$. Биссектриса угла $BAC$ пересекает отрезок $BC$ в точке $L$. На продолжении стороны $CD$ за точку $D$ выбрана такая точка $E$, что $AE=CE$.
а) Докажите, что $AL \cdot BC = AB \cdot AC$. б) Найдите $EL$, если $AC=8$, $\tg \angle BCA=\dfrac{1}{2}$.
Решение по шагам
9 шаговОбозначим $\angle CAD=\alpha$. Так как $ABCD$ — параллелограмм, $BC\parallel AD$, поэтому $\angle BCA=\angle CAD=\alpha$, а $\angle BAC=2\alpha$.
В треугольнике $ABC$ биссектриса $AL$ по теореме о биссектрисе делит сторону $BC$ в отношении $BL:LC=AB:AC$. Формула длины биссектрисы даёт $AL=\dfrac{2AB\cdot AC\cos\alpha}{AB+AC}$.
По теореме косинусов в треугольнике $ABC$ и с учётом угла $BAC=2\alpha$ получаем $BC=\dfrac{AB+AC}{2\cos\alpha}$. Следовательно, $AL\cdot BC=AB\cdot AC$, что и требовалось доказать.
Пусть $\tg\alpha=\dfrac12$. Тогда $\sin\alpha=\dfrac1{\sqrt5}$, $\cos\alpha=\dfrac2{\sqrt5}$, $\cos2\alpha=\dfrac35$, $\sin2\alpha=\dfrac45$.
Расположим $AC$ на оси абсцисс: $A=(0,0)$, $C=(8,0)$. Пусть $AB=p$. Из условия, что вертикальные составляющие векторов $\overrightarrow{AB}$ и $\overrightarrow{AD}$ взаимно уничтожаются, получаем $p(4\cos^2\alpha-1)=8$, поэтому $p=\dfrac{40}{11}$.
Тогда $B=\left(\dfrac{24}{11},\dfrac{16}{11}\right)$, а из параллельности $AD\parallel BC$ следует $D=\left(\dfrac{64}{11},-\dfrac{32}{11}\right)$.
Так как $BL:LC=AB:AC=5:11$, точка $L$ делит $BC$ в отношении $5:11$ и имеет координаты $L=(4,1)$.
Пусть точка $E$ лежит на продолжении $CD$ за точку $D$. Условие $AE=CE$ означает, что точка $E$ лежит на серединном перпендикуляре к $AC$. Поэтому её абсцисса равна $4$. На прямой $CD$ это даёт $E=\left(4,-\dfrac{16}{3}\right)$.
Следовательно, $EL=1+\dfrac{16}{3}=\dfrac{19}{3}$.
а) $AL\cdot BC=AB\cdot AC$; б) $EL=\dfrac{19}{3}$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Путать углы $BAC$ и $BCA$ при использовании условия.
Неверно выбирать направление продолжения стороны $CD$ за точку $D$.
Использовать отношение биссектрисы $BL:LC=AC:AB$ вместо правильного $BL:LC=AB:AC$.
Забывать, что из $AE=CE$ следует расположение точки $E$ на серединном перпендикуляре к $AC$.