Задание 18 · Планиметрическая задача (доказательство + вычисление)
18.4. Вписанные окружности и треугольники
Для репетитора: показать ответы
1. Вписанная окружность треугольника
- Вписанная окружность есть у любого треугольника, и она единственна.
- Её центр — точка пересечения биссектрис.
- Точка на биссектрисе угла равноудалена от его сторон, поэтому расстояния от центра до всех сторон равны радиусу \(r\).
2. Формулы с радиусом \(r\)
| Формула | Пояснение |
|---|---|
| \(S=p\cdot r\) | \(p\) — полупериметр |
| \(r=\dfrac Sp\) | следует из предыдущей |
| \(r=\dfrac{a+b-c}{2}\) | прямоугольный треугольник с катетами \(a,b\) и гипотенузой \(c\) |
| \(r=\dfrac{a\sqrt3}{6}\) | равносторонний треугольник со стороной \(a\) |
В прямоугольном треугольнике вершина прямого угла, точки касания вписанной окружности с катетами и её центр образуют квадрат со стороной \(r\) — отсюда формула \(r=\dfrac{a+b-c}{2}\).
3. Отрезки касательных
Если \(A_1,B_1,C_1\) — точки касания вписанной окружности со сторонами треугольника, то отрезки касательных из одной вершины равны, и, например, \(AB_1=AC_1=p-a\), где \(a=BC\), \(p\) — полупериметр. Аналогично \(BA_1=BC_1=p-b\), \(CA_1=CB_1=p-c\).
Радиус, проведённый в точку касания, перпендикулярен стороне. Центр окружности лежит на биссектрисе угла между двумя касательными из одной точки.
4. Биссектриса и вписанная окружность
- Биссектриса делит противоположную сторону на отрезки, пропорциональные прилежащим сторонам: \(\dfrac{AB}{BC}=\dfrac{AL}{LC}\).
- Вневписанная окружность: её центр лежит на пересечении внутренней биссектрисы одного угла и внешних биссектрис двух других.
- Лемма о трезубце. Пусть биссектриса угла \(B\) пересекает описанную окружность в точке \(P\), \(I\) — центр вписанной окружности, \(I_B\) — центр вневписанной окружности, касающейся \(AC\). Тогда \(PA=PC=PI=PI_B\).
5. Площадь и подобие
- Для площади выбирайте формулу по данным: \(S=pr\) при известном радиусе вписанной окружности, \(S=\tfrac12ab\sin\gamma\) при известных двух сторонах и угле, формула Герона при трёх сторонах.
- Теоремы синусов и косинусов связывают радиус \(R\), стороны и углы: \(a=2R\sin A\), \(c^2=a^2+b^2-2ab\cos C\).
Разобранные примеры
Пример 1
В треугольник ABC вписана окружность радиуса R, касающаяся стороны AC в точке D, причём AD = R.
а) Докажите, что треугольник ABC прямоугольный.
б) Вписанная окружность касается сторон AB и BC в точках E и F. Найдите площадь треугольника BEF, если известно, что R = 2 и CD = 10.
Решение
а) Пусть O — центр вписанной окружности треугольника ABC.
Центр окружности, вписанной в угол, лежит на его биссектрисе, значит, AO — биссектриса угла BAC. Треугольник AOD прямоугольный и равнобедренный, поэтому ∠OAD = 45°. Следовательно, ∠BAC = 90°.
б) Обозначим BF = x. По теореме о равенстве отрезков касательных, проведённых к окружности из одной точки, AE = AD = 2, CF = CD = 10 и BE = BF = x. По теореме Пифагора BC2 = AC2 + AB2, или (10 + x)2 = 122 + (2 + x)2. Из этого уравнения находим, что x = 3. Тогда
Следовательно,
Ответ:
Пример 2
Точка D лежит на основании AC равнобедренного треугольника ABC. Точки I и J — центры окружностей, описанных около треугольников ABD и CBD соответственно.
а) Докажите, что прямые BI и DJ параллельны.
б) Найдите IJ, если AC = 16,
Решение
а) Заметим, что по теореме синусов радиус окружности, описанной около треугольника ABD, равен
следовательно, он равен радиусу окружности, описанной около треугольника BDC, а значит, BIDJ — ромб, отсюда следует, что прямые BI и DJ параллельны, ч. т. д.
б) Пусть точка M — середина AD, а точка N — середина DC, значит, IM и AD, JN и DС соответственно перпендикулярны и Знаем, что отрезок IJ перпендикулярен отрезку BD (диагонали ромба), следовательно,
Ответ: б)
- «Секретный файл по планиметрии», Школково (shkolkovo.online)
- Справочник по планиметрии, Лицей при ТПУ, Томск, 2003
- «Планиметрия. Теория», методические материалы, surwiki.admsurgut.ru
- У1
Точка О — центр окружности, вписанной в треугольник ABC. На продолжении отрезка AO за точку О отмечена точка K так, что BK = OK.
а) Докажите, что четырехугольник ABKC вписанный.
б) Найдите длину отрезка AO, если известно, что радиусы вписанной и описанной окружностей треугольника ABC равны 5 и 15 соответственно, а OK = 8.
- У2
В треугольник ABC вписана окружность радиуса R, касающаяся стороны AC в точке D, причём
а) Докажите, что треугольник ABC прямоугольный.
б) Вписанная окружность касается сторон AB и BC в точках E и
Найдите площадь треугольника BEF, если известно, что
и
- У3
Дан равнобедренный треугольник ABC с основанием AC. Вписанная в него окружность с центром O касается боковой стороны BC в точке P и пересекает биссектрису угла B в точке Q.
а) Докажите, что отрезки PQ и OC параллельны.
б) Найдите площадь треугольника OBC, если точка O делит высоту BD треугольника в отношении BO : OD = 3 : 1 и AC = 2m.
- У4
В треугольнике АВС угол АВС равен 60°. Окружность, вписанная в треугольник, касается стороны AC в точке M.
а) Докажите, что отрезок BM не больше утроенного радиуса вписанной в треугольник окружности.
б) Найдите
если известно, что отрезок ВМ в
2,5 раза больше радиуса вписанной в треугольник окружности. - У5
Окружность с центром O, вписанная в треугольник ABC, касается его сторон BC, AB и AC в точках K, L и M соответственно. Прямая KM вторично пересекает в точке P окружность радиуса AM с центром A.
а) Докажите, что прямая AP параллельна прямой BC.
б) Пусть
Q — точка пересечения прямых KM и AB, а T — такая точка на отрезке PQ, что
Найдите QT .
- У6
Окружность с центром O, вписанная в треугольник ABC, касается стороны BC в точке K. К этой окружности проведена касательная, параллельная биссектрисе AP треугольника и пересекающая стороны AC и BC в точках
M и N соответственно.а) Докажите, что угол MOC равен углу NOK.
б) Найдите периметр треугольника ABC, если отношение площадей трапеции AMNP и треугольника ABC равно 2 : 7, MN = 2, AM + PN = 6.
- У7
Вписанная в треугольник ABC окружность с центром O касается сторон AB и AC в точках M и N соответственно. Прямая BO пересекает окружность, описанную около треугольника CON вторично в точке P.
а) Докажите, что точка P лежит на прямой MN.
б) Найдите площадь треугольника ABP, если площадь треугольника ABC равна 24.
- У8
В треугольник ABC вписана окружность радиуса 4, касающаяся стороны AC в точке M, причём AM = 8 и CM = 12.
а) Докажите, что треугольник ABC прямоугольный.
б) Найдите расстояние между центрами вписанной и описанной окружностей треугольника ABC.
- У9
Окружность с центром О, вписанная в треугольник АВС, касается его сторон ВС, АВ и АС в точках K, L и М соответственно. Прямая КМ вторично пересекает в точке Р окружность радиуса АМ с центром А.
а) Докажите, что прямая АР параллельна прямой ВС.
б) Пусть
AM = 3, CM = 2, Q — точка пересечения прямых КМ и АВ, а Т — такая точка на отрезке РQ, что
Найдите QT.
- У10
В треугольнике ABC AB = 3,
Хорда KN окружности, описанной около треугольника ABC, пересекает отрезки AC и BC в точках M и L соответственно. Известно, что
площадь четырёхугольника ABLM равна 2, LM = 1.
а) Докажите, что треугольник KNC равнобедренный.
б) Найдите площадь треугольника KNC.
- У11
Окружность, вписанная в треугольник ABC, делит медиану BM на три равные части.
а) Докажите, что BC : CA : AB = 5 : 10 : 13.
б) Найдите радиус вписанной окружности, если BM = 12.
- У12
Окружность радиуса 1 вписана в треугольник ABC, в котором
Эта окружность касается средней линии треугольника ABC, параллельной стороне AC.
а) Докажите, что треугольник ABC прямоугольный.
б) Найдите площадь треугольника ABC.
- У13
В прямоугольном треугольнике ABC на гипотенузу AB опущена высота CH. В треугольнике ACH проведена биссектриса CE угла ACH.
а) Докажите, что треугольник BCE — равнобедренный.
б) Найдите EO, где O — центр окружности, вписанной в треугольник ABC, и известно, что AC = 8, BC = 6.
- У14
Первая окружность проходит через вершины А и В треугольника ABC и пересекает стороны AC и BC в точках D и E соответственно. Вторая окружность проходит через точки
D и E и пересекает продолжения сторон BC и AC за вершину C в точкахM и N соответственно.а) Докажите, что прямая MN параллельна прямой AB.
б) Прямые MD и NE вторично пересекают первую окружность в точках X и Y соответственно. Найдите ее радиус, если
a AB = 4.
- У15
Окружность с центром O вписана в треугольник ABC. Касательная к окружности пересекает стороны AC и BC в точках
D и E соответственно.а) Докажите, что сумма углов AOD и BOE равна 180°.
б) Найдите DE, если AC = BC, радиус окружности равен 3,
а разность углов AOD и BOE равна 60°.
- У16
Дан треугольник ABC. Серединный перпендикуляр к стороне AB пересекается с биссектрисой угла BAC в точке K, лежащей на стороне BC.
а) Докажите, что
б) Найдите радиус окружности, вписанной в треугольник AKC, если
и сторона AC = 24.
- У17
В треугольнике АВС угол АВС равен 60°. Окружность, вписанная в треугольник, касается стороны AC в точке M.
а) Докажите, что отрезок BM не больше утроенного радиуса вписанной в треугольник окружности.
б) Найдите
если известно, что отрезок ВМ в 2,8 раза больше радиуса вписанной в треугольник окружности.
- У18
Вписанная в треугольник ABC окружность ω1 касается стороны BC в точке N так, что CN : NB = 1 : 2. Окружность ω2 касается стороны BC в точке M так, что BM : MC = 1 : 2, а также касается продолжения стороны AC за точку C.
а) Докажите, что прямая AB касается окружности ω2.
б) Найдите угол BAC, если BC ⊥ AC.
- У19
В треугольник ABC вписана окружность радиуса R, касающаяся стороны AC в точке M , причём AM = 5R и CM = 1,5R.
а) Докажите, что треугольник ABC прямоугольный.
б) Найдите расстояние между центрами его вписанной и описанной окружностей, если известно, что R = 4.
- У20
Дан равнобедренный треугольник ABC с основанием AC. Вписанная в него окружность с центром O касается боковой стороны BC в точке P и пересекает биссектрису угла B в точке Q.
а) Докажите, что отрезки PQ и OC параллельны.
б) Найдите площадь треугольника OBC, если точка O делит высоту BD треугольника в отношении BO : OD = 3 : 1 и AC = 2.
- У21
В прямоугольном треугольнике ABC проведена высота CH из вершины прямого угла. В треугольники ACH и BCH вписаны окружности с центрами O1 и O2 соответственно, касающиеся прямой CH в точках M и N соответственно.
а) Докажите, что прямые AO1 и CO2 перпендикулярны.
б) Найдите площадь четырёхугольника MO1NO2, если AC = 12 и BC = 5.
- У22
Угол MKN треугольника KMN равен
Сторона MN является хордой окружности с центром O и радиусом R, проходящей через центр окружности, вписанной в треугольник MKN.
а) Докажите, что около четырёхугольника KMON можно описать окружность.
б) Известно, что в четырёхугольник KMON можно вписать окружность. Найдите радиус r этой окружности, если R = 12,
- У23
Окружность, вписанная в треугольник ABC, касается сторон BC и AC в точках M и N соответственно, E и F — середины сторон AB и AC соответственно. Прямые MN и EF пересекаются в точке D.
а) Докажите, что треугольник DFN равнобедренный.
б) Найдите площадь треугольника BED, если AB = 28 и ∠ABC = 60°.
- У24
В треугольник ABC вписана окружность радиуса 2, касающаяся стороны AC в точке M, причём AM = 4 и CM = 6.
а) Докажите, что треугольник ABC прямоугольный.
б) Найдите расстояние между центрами вписанной и описанной окружностей треугольника ABC.
- У25
В треугольник ABC вписана окружность. Она касается стороны AB в точке P. Точка M — середина AB.
а) Докажите, что
б) Найдите углы треугольника ABC, если
и
Радиус окружности в 2 раза больше MP.
- Д1
В треугольник ABC вписана окружность радиуса R, касающаяся стороны AC в точке M , причём AM = 2R и CM = 3R.
а) Докажите, что треугольник ABC прямоугольный.
б) Найдите расстояние между центрами его вписанной и описанной окружностей, если известно, что R = 2.
- Д2
Окружность с центром O, вписанная в треугольник ABC, касается стороны BC в точке P и пересекает отрезок BO в точке Q. При этом отрезки OC и QP параллельны.
а) Докажите, что треугольник ABC ― равнобедренный.
б) Найдите площадь треугольника BQP, если точка O делит высоту BD треугольника в отношении BO : OD = 3 : 1 и AC = 2a.
- Д3
Первая окружность с центром O, вписанная в равнобедренный треугольник KLM, касается боковой стороны KL в точке B, а основания ML — в точке A. Вторая окружность с центром O1 касается основания ML и продолжений боковых сторон.
а) Докажите, что треугольник OLO1 прямоугольный.
б) Найдите радиус второй окружности, если известно, что радиус первой равен 6 и AK = 16.
- Д4
В прямоугольном треугольнике ABC проведена высота CH из вершины прямого угла C. В треугольники ACH и BCH вписаны окружности с центрами O1 и O2 соответственно, касающиеся прямой CH в точках
M и N соответственно.а) Докажите, что прямые AO1 и CO2 перпендикулярны.
б) Найдите площадь четырёхугольника MO1NO2, если AC = 20 и BC = 15.
- Д5
Угол BAC треугольника ABC равен
Сторона BC является хордой такой окружности с центром O и радиусом R, которая проходит через центр окружности, вписанной в треугольник ABC.
а) Докажите, что около четырёхугольника ABOC можно описать окружность.
б) Известно, что в четырёхугольник ABOC можно вписать окружность. Найдите радиус r этой окружности, если R = 6,
- Д6
Окружность, вписанная в треугольник ABC, касается сторон BC и AC в точках M и N соответственно, E и F — середины сторон AB и AC соответственно. Прямые MN и EF пересекаются в точке D.
а) Докажите, что треугольник DFN равнобедренный.
б) Найдите площадь треугольника BED, если AB = 20 и ∠ABC = 60°.
- Д7
В треугольнике ABC проведена биссектриса BK.
а) Докажите, что
б) Найдите площадь треугольника ABC, если AB = 13, BC = 7 и
- Д8
В прямоугольный треугольник АВС с катетами АС = 4, ВС = 3 вписана окружность с центром О, касающаяся сторон ВС, АС и АВ треугольника в точках R, Q, P соответственно.
а) Докажите, что AO · BO · CO = 10.
б) Найдите площадь треугольника PQR.
- Д9
Дан прямоугольный треугольник АВС с прямым углом С. На катете АС взята точка М. Окружность с центром О и диаметром СМ касается гипотенузы в точке N.
а) Докажите, что прямые MN и ВО параллельны.
б) Найдите площадь четырехугольника BOMN, если CN = 8, AM : MC = 1 : 3.
- Д10
В каждый угол равнобедренного треугольника ABC, в котором
AB = 10, AC = BC = 13, вписана окружность единичного радиуса, точки О1, О2 и О3 центры этих окружностей. Найдите:а) радиус окружности, вписанной в треугольник ABC;
б) площадь треугольника О1, О2, О3.
- Д11
На стороне KM остроугольного треугольника PKM (PK ≠ PM) как на диаметре построена полуокружность, пересекающая высоту PS в точке T, PS = 8, TS = 6, H — точка пересечения высот треугольника PKM.
а) Найдите PH.
б) Полуокружность пересекает стороны PK и PM в точках L и N соответственно. Найдите коэффициент подобия треугольников PKM и PNL, если радиус полуокружности равен 20.
- Д12
Окружность вписана в треугольник ABC, P — точка касания окружности со стороной AB, точка M — середина AB.
а) Докажите, что
б) Найдите углы треугольника, если MC = MA, AC > BC,
- Д13
Точка D лежит на основании AC равнобедренного треугольника ABC. Точки I и J — центры окружностей, описанных около треугольников ABD и CBD соответственно.
а) Докажите, что прямые BI и DJ параллельны.
б) Найдите IJ, если AC = 12,
- Д14
Высоты BB1 и CC1 остроугольного треугольника ABC пересекаются в точке H.
а) Докажите, что
б) Найдите расстояние от центра окружности, описанной около треугольника ABC, до стороны BC, если
и
- Д15
Биссектриса AD большего угла треугольника ABC со сторонами 24, 40 и 56 делит его на два треугольника, в каждый из них вписана окружность.
а) Докажите, что радиусы этих окружностей относятся как 9 : 10.
б) Найдите расстояние между точками касания этих окружностей с биссектрисой AD.
- Д16
На сторонах AB и AC треугольника ABC отмечены точки D и E соответственно так, что
точка I — центр вписанной окружности треугольника АВС.
а) Докажите, что точки A, E, I и D лежат на одной окружности.
б) Точка
симметрична точке D относительно прямой AI. Найдите радиус описанной окружности треугольника
если
а радиус вписанной окружности треугольника АВС равен
- Д17
Периметр треугольника ABC равен 24. Точки E и F — середины сторон AB и BC соответственно. Отрезок EF касается окружности, вписанной в треугольник ABC.
а) Докажите, что
б) Найдите площадь треугольника ABC, если
- Д18
Точка О — центр окружности, описанной около остроугольного треугольника ABC. На продолжении отрезка AO за точку О отмечена точка K так, что
а) Докажите, что четырехугольник OBKC вписанный.
б) Найдите радиус окружности, описанной около треугольника KBC, если известно, что радиус окружности, описанной около треугольника АBC равен 8, а
- Д19
Окружность с центром O, вписанная в треугольник ABC, касается стороны BC в точке P и пересекает отрезок BO в точке Q. При этом отрезки OC и QP параллельны.
а) Докажите, что треугольник ABC ― равнобедренный треугольник.
б) Найдите площадь треугольника BQP, если точка O делит высоту BD треугольника в отношении BO : OD = 3 : 1 и AC = 4.
- Д20
Первая окружность с центром O, вписанная в равнобедренный треугольник KLM, касается боковой стороны KL в точке B, а основания ML — в точке A. Вторая окружность с центром O1 касается основания ML и продолжений боковых сторон.
а) Докажите, что треугольник OLO1 прямоугольный.
б) Найдите радиус второй окружности, если известно, что радиус первой равен 15 и AK = 32.
- Д21
Окружность с центром O, вписанная в треугольник ABC, касается его сторон BC, AB и AC в точках K, L и M соответственно. Прямая KM вторично пересекает в точке P окружность радиуса AM с центром A.
а) Докажите, что прямая AP параллельна прямой BC.
б) Пусть
Q — точка пересечения прямых KM и AB, а T — такая точка на отрезке PQ, что
Найдите QT .
- Д22
Окружность с центром O, вписанная в треугольник ABC, касается стороны BC в точке K. К этой окружности проведена касательная, параллельная биссектрисе AP треугольника и пересекающая стороны AC и BC в точках M и N соответственно.
а) Докажите, что угол MOC равен углу NOK.
б) Найдите периметр треугольника ABC, если отношение площадей трапеции AMNP и треугольника ABC равно 2:7, MN = 1, AM + PN = 3 .
- Д23
В треугольнике ABC проведена биссектриса BK.
а) Докажите, что
б) Найдите площадь треугольника ABC, если AB = 15, BC = 13 и
- Д24
Дан прямоугольный треугольник ABC с прямым углом C. На катете AC взята точка M. Окружность с центром O и диаметром CM касается гипотенузы в точке N.
а) Докажите, что прямые MN и BO параллельны.
б) Найдите площадь четырёхугольника BOMN, если CN = 9 и
- Д25
Высоты BB1 и CC1 остроугольного треугольника ABC пересекаются в точке H.
а) Докажите, что
б) Найдите расстояние от центра окружности, описанной около треугольника ABC, до стороны BC, если
и