Задание 18 · Планиметрическая задача (доказательство + вычисление)
18.7. Вписанные окружности и четырехугольники
Для репетитора: показать ответы
1. Когда в четырёхугольник можно вписать окружность
В выпуклый четырёхугольник можно вписать окружность тогда и только тогда, когда суммы длин противоположных сторон равны:
\(a+c=b+d\).
Центр вписанной окружности — точка пересечения биссектрис углов четырёхугольника.
2. Площадь и радиус
- Если в четырёхугольник вписана окружность, то \(S=p\cdot r\), где \(p\) — полупериметр, \(r\) — радиус вписанной окружности.
- Для трапеции с вписанной окружностью радиуса \(r\) также \(S=p\cdot r\); одновременно \(S=\dfrac{a+b}{2}\cdot h\), где \(a,b\) — основания, \(h\) — высота.
- Для квадрата со стороной \(a\): \(r=\dfrac a2\).
3. Касательные и биссектрисы
- Отрезки касательных, проведённых из одной вершины к окружности, равны. Центр окружности лежит на биссектрисе угла между ними.
- Радиус, проведённый в точку касания, перпендикулярен стороне.
- Биссектрисы смежных углов, а также биссектрисы односторонних углов при параллельных прямых, взаимно перпендикулярны.
4. Площади четырёхугольников
- Площадь любого четырёхугольника: \(S=\tfrac12d_1d_2\sin\varphi\).
- Параллелограмм: \(S=ah=ab\sin\alpha\); ромб: \(S=\tfrac12d_1d_2\); прямоугольник: \(S=ab\); трапеция: \(S=\dfrac{a+b}{2}h\).
- Средняя линия трапеции равна полусумме оснований.
- Площади подобных фигур относятся как \(k^2\), периметры — как \(k\).
5. В какие четырёхугольники можно вписать окружность
| Фигура | Можно ли вписать окружность |
|---|---|
| Любой выпуклый четырёхугольник | только если \(AB+CD=BC+AD\); в многоугольник в общем случае вписать окружность нельзя (в треугольник — всегда) |
| Трапеция | обычно нельзя; можно только при \(a+b=c+d\), где \(a,b\) — основания, \(c,d\) — боковые стороны |
| Параллелограмм | обычно нельзя; можно, только если он — ромб |
| Ромб | всегда можно |
| Прямоугольник | обычно нельзя; можно, только если он — квадрат |
| Квадрат | всегда можно |
6. Дополнительные факты
- Если окружность с центром \(O\) вписана в четырёхугольник \(ABCD\), то \(\angle AOB+\angle COD=180^\circ\).
- Для прямоугольной трапеции с основаниями \(a\) и \(b\), в которую вписана окружность: высота \(h=2r\) и \(r=\dfrac{ab}{a+b}\).
- Для прямоугольного треугольника: \(r=\dfrac{a+b-c}{2}=\dfrac{ab}{a+b+c}\).
- Обратное тоже верно: если в выпуклом четырёхугольнике \(AB+CD=BC+DA\), то он описанный.
7. Касательные: напоминание
- Радиус, проведённый в точку касания, перпендикулярен касательной.
- Из одной точки можно провести две касательные, и их отрезки до точек касания равны.
- Центр окружности, вписанной в угол, лежит на биссектрисе этого угла.
Разобранные примеры
Пример 1
Биссектриса угла ADC параллелограмма ABCD пересекает прямую AB в точке E. В треугольник ADE вписана окружность, касающаяся стороны AE в точке K и стороны AD в точке T.
а) Докажите, что прямые KT и DE параллельны.
б) Найдите угол BAD, если известно, что AD = 8 и KT = 4.
Решение
а) Прямые AE и CD параллельны, a DE — биссектриса угла ADC, поэтому ∠AED = ∠CDE = ∠ADE. Значит, треугольник ADE равнобедренный, AD = АЕ. Отрезки АK и AT касательных, проведённых к окружности из точки A, равны, значит, треугольник ATK также равнобедренный, причём угол при вершине A у этих треугольников общий. Поэтому ∠ATK = ∠ADE. Следовательно, KT || DE.
б) Пусть окружность касается основания DE равнобедренного треугольника ADE в точке М. Тогда M — середина DE. Обозначим DM = x. Тогда DT = DM = x, AT = AD − DT = 8 − x. Треугольник ATK подобен треугольнику ADE, поэтому или
Отсюда находим, что x = 4. Тогда DE = 2х = 8, значит, треугольник ADE равносторонний. Следовательно, ∠BAD = ∠EAD = 60°.
Ответ: 60°.
Пример 2
Окружность, вписанная в равнобедренную трапецию ABCD, касается боковых сторон AB и CD в точках M и N соответственно. Отрезок AN пересекает окружность в точке K, а луч MK пересекает основание AD в точке L.
а) Докажите, что треугольник AKL подобен треугольнику MAL.
б) Найдите отношение AL : LD.
Решение
а) Трапеция равнобедренная, значит,
поскольку точка P — точка касания окружности и основания BC. Тогда отрезок MN параллелен основанию BC и
По теореме об угле между касательной и хордой получаем, что
Значит,
и треугольники AKL и MAL подобны по двум углам.
б) Из доказанного подобия следует, что откуда
С другой стороны, по теореме о квадрате касательной получаем, что
поскольку точка Q — точка касания окружности с основанием AD. Тогда AL = LQ, следовательно,
значит, AL : LD = 1 : 3.
Ответ: б) 1 : 3.
- «Окружность», методические материалы по планиметрии, nitforyou.com, 2026
- «Секретный файл по планиметрии», Школково (shkolkovo.online)
- Справочник по планиметрии, Лицей при ТПУ, Томск, 2003
- «Планиметрия. Теория», методические материалы, surwiki.admsurgut.ru
- Задачи по теме «Вписанные и описанные четырёхугольники», материалы кружка при МЦНМО (mccme.ru)
- У1
Отрезок, соединяющий середины M и N оснований BC и AD соответственно трапеции ABCD, разбивает её на две трапеции, в каждую из которых можно вписать окружность.
а) Докажите, что трапеция ABCD равнобедренная.
б) Известно, что радиус этих окружностей равен 3, а меньшее основание BC исходной трапеции равно 8. Найдите радиус окружности, касающейся боковой стороны AB, основания AN трапеции ABMN и вписанной в неё окружности.
- У2
К окружности, вписанной в квадрат ABCD, проведена касательная, пересекающая стороны AB и AD в точках M и N соответственно.
а) Докажите, что периметр треугольника AMN равен стороне квадрата.
б) Прямая MN пересекает прямую CD в точке P. В каком отношении делит сторону BC прямая, проходящая через точку P и центр окружности, если AM : MB = 1 : 3?
- У3
Квадрат ABCD вписан в окружность. Хорда CE пересекает его диагональ BD в точке K.
а) Докажите, что
б) Найдите отношение CK и KE, если
- У4
В трапецию ABCD с основаниями AD и BC вписана окружность с центром O.
а) Докажите, что
б) Найдите площадь трапеции, если
а основания равны 5 и 7.
- У5
Около остроугольного треугольника ABC с различными сторонами описали окружность с диаметром BN. Высота BH пересекает эту окружность в точке K.
а) Докажите, что
б) Найдите KN, если
а радиус окружности равен 12.
- У6
Окружность, вписанная в ромб ABCD , касается сторон CD и BC в точках M и Q соответственно. Прямые AM и BC пересекаются в точке P.
а) Докажите, что
б) Найдите угол
если
и
- У7
Дана трапеция KLMN с основаниями KN и LM. Окружности, построенные на боковых сторонах KL и MN как на диаметрах, пересекаются в точках
A и B. а) Докажите, что средняя линия трапеции лежит на серединном перпендикуляре к отрезку AB.
б) Найдите AB, если известно, что боковые стороны трапеции равны 26 и 28, а средняя линия трапеции равна 15.
- У8
К окружности, вписанной в квадрат ABCD, проведена касательная, пересекающая стороны AB и AD в точках M и N соответственно.
а) Докажите, что периметр треугольника AMN равен стороне квадрата.
б) Прямая MN пересекает прямую BC в точке P. В каком отношении делит сторону AB (считая от точки B) прямая, проходящая через точку P и центр окружности, если AN : ND = 1 : 2.
- У9
Трапеция ABCD с большим основанием AD и высотой BH вписана в окружность. Прямая BH вторично пересекает эту окружность в точке K.
а) Докажите, что прямые AC и AK перпендикулярны.
б) Прямые CK и AD пересекаются в точке N. Найдите AD, если радиус окружности равен 12,
а площадь четырёхугольника BCNH в
8 раз больше площади треугольника KNH. - У10
Около окружности с центром O описана трапеция ABCD с основаниями AD и BC.
а) Докажите, что AB — диаметр окружности, описанной около треугольника AOB.
б) Найдите отношение площади четырёхугольника, вершины которого — точки касания окружности со сторонами трапеции, к площади самой трапеции ABCD, если известно, что AB = CD, а основания трапеции относятся как 1 : 2.
- У11
Выпуклый четырехугольник ABCD вписан в окружность радиуса R с центром в точке O, его диагонали AC и BD пересекаются в точке P, а продолжения сторон BC и AD пересекаются в точке Q.
а) Докажите, что
б) Найдите R, если АВ = 5, CD = 6,
- У12
На стороне BC параллелограмма ABCD выбрана точка M такая, что
а) Докажите, что центр вписанной в треугольник AMD окружности лежит на диагонали AC.
б) Найдите радиус вписанной в треугольник AMD окружности, если
- У13
Около окружности с центром O описана трапеция ABCD с основаниями AD и BC, K — точка касания окружности со стороной AB.
а) Докажите, что
б) Найдите отношение меньшего основания трапеции к большему, если известно, что AB = CD, а площадь четырехугольника с вершинами в точках касания окружности со сторонами трапеции составляет
площади трапеции ABCD.
- У14
На окружности отмечены точки K, L, M, N, причем прямые KL и MN пересекаются вне круга в точке E, прямые LM и KN пересекаются вне круга в точке F. Биссектриса угла KEN пересекает отрезки LM и KN в точках P и R соответственно. Прямая, проведенная через точку F перпендикулярно прямой PR, пересекает отрезки KL и MN в точках S и Q соответственно.
а) Докажите, что PQRS — ромб.
б) Найдите площадь четырехугольника PQRS, если известно, что EL = 4, EM = 6, LM = 5 и KN = 15.
- У15
Окружность, вписанная в трапецию ABCD, касается ее боковых сторон AB и CD в точках М и N соответственно. Известно, что
и
а) Докажите, что
б) Найдите длину отрезка MN, если радиус окружности равен
- У16
В параллелограмме ABCD на стороне AD отмечена точка N так, что в четырехугольник BCDN можно вписать окружность. Известно, что
а) Докажите, что высоты параллелограмма, опущенные из вершины C, делят угол BCD на три равные части.
б) Найдите радиус окружности, вписанной в четырехугольник BCDN, если AC = 2.
- У17
В четырёхугольник KLMN вписана окружность с центром O. Эта окружность касается стороны MN в точке A. Известно, что
а) Докажите, что точка А лежит на прямой LO.
б) Найдите длину стороны МN, если LA = 1.
- У18
Отрезок, соединяющий середины M и N оснований BC и AD соответственно трапеции ABCD, разбивает её на две трапеции, в каждую из которых можно вписать окружность.
а) Докажите, что трапеция ABCD равнобедренная.
б) Известно, что радиус этих окружностей равен 3, а меньшее основание BC исходной трапеции равно 10. Найдите радиус окружности, касающейся боковой стороны AB, основания AN трапеции ABMN и вписанной в неё окружности.
- У19
Квадрат ABCD вписан в окружность. Хорда CE пересекает его диагональ BD в точке K.
а) Докажите, что
б) Найдите отношение CE : KE, если
- У20
Точка O — центр вписанной в треугольник ABC окружности. Прямая BO вторично пересекает описанную около этого треугольника окружность в точке P.
а) Докажите, что
б) Найдите площадь треугольника APC, если радиус описанной около треугольника ABC окружности равен 8, а
- У21
Дана трапеция KLMN с основаниями KN и LM. Окружности, построенные на боковых сторонах KL и MN как на диаметрах, пересекаются в точках A и B.
а) Докажите, что средняя линия трапеции лежит на серединном перпендикуляре к отрезку AB.
б) Найдите AB, если известно, что боковые стороны трапеции равны 14 и 30, а средняя линия трапеции равна 20.
- У22
Дана трапеция ABCD с большим основанием AD, вписанная в окружность. Продолжение высоты трапеции BH пересекает окружность в точке K.
а) Докажите, что отрезки AC и AK перпендикулярны.
б) Найдите AD, если радиус описанной окружности равен 6, угол BAC составляет 30°, отношение площадей BCNH к NKH равно 35, где
N — точка пересечения отрезков AD и CK. - У23
Около окружности с центром O описана трапеция ABCD с основаниями AD и BC.
а) Докажите, что окружность, построенная на отрезке AB как на диаметре, проходит через точку O.
б) Найдите отношение площади четырёхугольника, вершины которого — точки касания окружности со сторонами трапеции, к площади самой трапеции ABCD, если известно, что AB = CD, а основания трапеции относятся как 3 : 4.
- У24
На стороне BC параллелограмма ABCD выбрана точка M такая, что
а) Докажите, что центр вписанной в треугольник AMD окружности лежит на диагонали AC.
б) Найдите радиус вписанной в треугольник AMD окружности, если
- У25
В четырёхугольник KLMN вписана окружность с центром O. Эта окружность касается стороны MN в точке A. Известно, что
а) Докажите, что точка А лежит на прямой LO.
б) Найдите длину стороны МN, если LA = 3.
- Д1
Биссектриса угла ADC параллелограмма ABCD пересекает прямую AB в точке E. В треугольник ADE вписана окружность, касающаяся стороны AE в точке K и стороны AD в точке T.
а) Докажите, что прямые KT и DE параллельны.
б) Найдите угол BAD, если известно, что AD = 8 и KT = 4.
- Д2
Диагонали AC и BD четырёхугольника ABCD, вписанного в окружность, пересекается в точке P, причём BC = CD.
а) Докажите, что
б) Найдите площадь треугольника COD, где O — центр окружности, вписанной в треугольник ABD, если дополнительно известно, что BD — диаметр описанной около четырёхугольника ABCD окружности, AB = 6, а
- Д3
Окружность, вписанная в трапецию ABCD, касается ее боковых сторон AB и CD в точках M и N соответственно. Известно, что AM = 8MB и DN = 2CN.
а) Докажите, что AD = 4BC.
б) Найдите длину отрезка MN, если радиус окружности равен
- Д4
В прямоугольную трапецию ABCD с прямым углом при вершине A и острым углом при вершине D вписана окружность с центром O. Прямая DO пересекает сторону AB в точке M, а прямая CO пересекает сторону AD в точке K.
а) Докажите, что
б) Найдите площадь треугольника AOM, если
и
- Д5
Точка O — центр вписанной в треугольник ABC окружности. Прямая OB вторично пересекает описанную около этого треугольника окружность в точке P.
а) Докажите, что
б) Найдите площадь треугольника APC, если радиус описанной около треугольника ABC окружности
равен 4, а - Д6
В окружность радиуса
с центром в точке O вписана трапеция ABCD. Основание трапеции AD является диаметром окружности, угол BAD равен 60°. Хорда СЕ пересекает диаметр AD в точке Р такой, что AP : PD = 1 : 3.
а) Докажите, что точка Р — cередина отрезка АО.
б) Найдите площадь треугольника BPE.
- Д7
Четырёхугольник ABCD вписан в окружность, причём диаметром окружности является его диагональ AC. Также известно, что в ABCD можно вписать окружность.
а) Докажите, что отрезки AC и BD перпендикулярны.
б) Найдите радиус вписанной окружности четырёхугольника ABCD, если AC = 26 и BD = 24.
- Д8
В параллелограмме ABCD расположены две равные непересекающиеся окружности. Первая касается сторон AD, AB и BC, вторая — сторон AD, CD и BC.
а) Докажите, что общая внутренняя касательная l окружностей проходит через точку пересечения диагоналей параллелограмма ABCD.
б) Пусть ABCD — прямоугольник, а прямая l касается окружностей в точках M и N. Найдите площадь четырёхугольника с вершинами в точках M, N и в центрах окружностей, если AD = 16, а расстояние между центрами окружностей равно 10.
- Д9
Дана трапеция ABCD, где AB = BC = CD, точка E лежит на плоскости так, что BE ⊥ AD и CE ⊥ BD.
а) Докажите, что углы AEB и BDA равны.
б) Найдите площадь трапеции, если AB = 50, а
- Д10
На окружности ω отмечены точки M, N, K таким образом, что MN — диаметр, а K — середина дуги MN. Точка E — середина хорды MK. Точка B — середина дуги KN, не содержащей точку M. Через точку E проведена хорда AB.
а) Докажите, что
б) В окружность ω вписан прямоугольник ABCD. Найдите его площадь, если
- Д11
В равнобедренном тупоугольном треугольнике ABC на продолжение боковой стороны BC опущена высота AH. Из точки H на сторону AB и основание AC опущены перпендикуляры HK и HM соответственно.
а) Докажите, что отрезки AM и MK равны.
б) Найдите MK, если AB = 5, AC = 8.
- Д12
В трапеции АВСD боковая сторона CD перпендикулярна основаниям AD и ВС. В эту трапецию вписали окружность с центром О. Прямая АО пересекает продолжение отрезка ВС в точке Е.
а) Докажите, что AD = CE + CD.
б) Найдите площадь трапеции ABCD, если AE = 10,
- Д13
Серединный перпендикуляр к стороне AB треугольника ABC переcекает сторону AC в точке D. Окружность с центром O, вписанная в треугольник ADB, касается отрезка AD в точке P, а прямая OP пересекает сторону AB в точке K.
а) Докажите, что около четырёхугольника BDOK можно описать окружность.
б) Найдите радиус окружности, описанной около четырёхугольника BDOK, если AB = 10,
AC = 9.
- Д14
Окружности, построенные на боковых сторонах трапеции как на диаметрах, касаются между собой.
а) Докажите, что в трапецию можно вписать окружность.
б) Найдите основания этой трапеции, если её боковые стороны равны 3 и 8, а большая сторона основания видна из центра вписанной окружности под углом 120°.
- Д15
В четырехугольнике ABCD противоположные стороны не параллельны. Диагонали четырехугольника ABCD пересекаются в точке О под прямым углом и образуют четыре подобных треугольника, у каждого из которых одна из вершин — точка О.
а) Докажите, что в четырехугольник ABCD можно вписать окружность.
б) Найдите радиус вписанной в четырехугольник АВCD окружности, если AC = 12 и BD = 13.
- Д16
В четырехугольник ABCD можно вписать окружность, а углы АВС и ADC — прямые.
а) Докажите, что окружности, вписанные в треугольники ABD и DBC, касаются в точке пересечения диагоналей четырехугольника ABCD.
б) Найдите АС, если периметр треугольника ADC равен 44, а расстояние между центрами окружностей, вписанных в треугольники ABD и DBC, равно 6.
- Д17
В ромбе ABCD точки K и L — середины сторон BC и CD соответственно. Прямые AK и AL пересекают диагональ BD в точках P и Q соответственно.
а) Докажите, что SAPQ = SBKP + SDLQ.
б) Известно, что в пятиугольник CKPQL можно вписать окружность. Найдите ее радиус, если сторона ромба ABCD
равна - Д18
Диагонали AC и BD четырёхугольника ABCD, вписанного в окружность, пересекаются в точке P, причём BC = CD.
а) Докажите, что
б) Найдите площадь треугольника COD, где O — центр окружности, вписанной в треугольник ABD, если дополнительно известно, что BD — диаметр описанной около четырёхугольника ABCD окружности, AB = 8,
a - Д19
Окружность, вписанная в трапецию ABCD, касается ее боковых сторон AB и CD в точках M и N соответственно. Известно, что AM = 6MB и 2DN = 3CN.
а) Докажите, что AD = 3BC.
б) Найдите длину отрезка MN, если радиус окружности равен
- Д20
Окружность, вписанная в ромб ABCD , касается сторон CD и BC в точках M и Q соответственно. Прямые AM и BC пересекаются в точке P.
а) Докажите, что
б) Найдите угол
если DM = 4 и MC = 9.
- Д21
В параллелограмме ABCD расположены две равные непересекающиеся окружности. Первая касается сторон AD, AB и BC, вторая — сторон AD, CD и BC.
а) Докажите, что общая внутренняя касательная l окружностей проходит через точку пересечения диагоналей параллелограмма ABCD.
б) Пусть ABCD — прямоугольник, а прямая l касается окружностей в точках M и N. Найдите площадь четырёхугольника с вершинами в точках M, N и в центрах окружностей, если AD = 36, а расстояние между центрами окружностей равно 20.
- Д22
Дана трапеция ABCD, где AB = BC = CD, точка E лежит на плоскости так, что BE ⊥ AD и CE ⊥ BD
а) Доказать, что ∠AEB = ∠BDA
б) Найти площадь ABCD, если AB = 72,
- Д23
В равнобедренном тупоугольном треугольнике ABC на продолжение боковой стороны BC опущена высота AH. Из точки H на сторону AB и основание AC опущены перпендикуляры HK и HM соответственно.
а) Докажите, что отрезки AM и MK равны.
б) Найдите MK, если AB = 13, AC = 24.
- Д24
Серединный перпендикуляр к стороне AB треугольника ABC переcекает сторону AC в точке D. Окружность с центром O, вписанная в треугольник ADB, касается отрезка AD в точке P, а прямая OP пересекает сторону AB в точке K.
а) Докажите, что около четырёхугольника BDOK можно описать окружность.
б) Найдите радиус окружности, описанной около четырёхугольника BDOK, если AB = 8,
AC = 7.
- Д25
В ромбе ABCD точки K и L — середины ребер BC и CD соответственно. Прямые AK и AL пересекают диагональ BD в точках P и Q соответственно.
а) Докажите, что SAPQ = SBKP + SDLQ.
б) Известно, что в пятиугольник CKPQL можно вписать окружность. Найдите ее радиус, если сторона ромба ABCD
равна