Геометрия. 7–9 классы · Атанасян, Бутузов и др.

Задание 1398

Задачи повышенной трудности

Задача 1

Условие (кратко)

В треугольнике ABC высота AH = h, медиана AM = l, биссектриса AN, причём N — середина MH. Найдите расстояние от A до точки пересечения высот.

Решение
Дано
  • \(\triangle ABC\)
  • \(AH = h\) — высота
  • \(AM = l\) — медиана
  • \(AN\) — биссектриса
  • \(N\) — середина \(MH\) (\(l > h\)
  • иначе треугольник равнобедренный и точки совпадают)
Найти
  • \(AQ\)
  • где \(Q\) — точка пересечения высот
  1. Система координат: \(M(0; 0)\), ось \(Ox\) — прямая \(BC\), точка \(A\) сверху. Пусть \(BC = 2m\), \(HM = d\), тогда \(B(-m; 0)\), \(C(m; 0)\), \(A(d; h)\), \(H(d; 0)\), \(N\left(\dfrac{d}{2}; 0\right)\). Из прямоугольного треугольника \(AHM\): \(d^2 = l^2 - h^2\).

  2. Центр \(O\) описанной окружности лежит на серединном перпендикуляре к \(BC\) — оси \(Oy\): \(O(0; y_0)\). Из равенства \(OA = OB\) получаем \(d^2 + (h - y_0)^2 = m^2 + y_0^2\), откуда \(2hy_0 = d^2 + h^2 - m^2\).

  3. Биссектриса \(AN\) вторично пересекает описанную окружность в точке \(W\) — середине дуги \(BC\) (равные вписанные углы \(BAW\) и \(WAC\) опираются на равные хорды \(WB = WC\)), поэтому \(W\) лежит на оси \(Oy\). Прямая \(AN\) проходит через \(A(d; h)\) и \(N\left(\dfrac{d}{2}; 0\right)\), при сдвиге ещё на такой же вектор получаем точку оси \(Oy\): \(W(0; -h)\).

  4. \(W\) на окружности, \(OW = OB\), поэтому \((y_0 + h)^2 = m^2 + y_0^2\), то есть \(m^2 = h^2 + 2hy_0\). Подставим в равенство шага 2 и получим \(2hy_0 = d^2 - 2hy_0\), \(y_0 = \dfrac{d^2}{4h}\), и \(m^2 = h^2 + \dfrac{d^2}{2}\).

  5. Точка \(Q\) лежит на высоте \(AH\): \(Q(d; y)\). Высота из \(B\) перпендикулярна \(AC\), поэтому \(\overrightarrow{BQ} \cdot \overrightarrow{AC} = 0\), то есть \((d + m)(m - d) + y \cdot (-h) = 0\), \(y = \dfrac{m^2 - d^2}{h}\).

  6. Тогда \(AQ = |h - y| = \dfrac{|h^2 - m^2 + d^2|}{h} = \dfrac{1}{h} \cdot \dfrac{d^2}{2} = \dfrac{l^2 - h^2}{2h}\).

Ответ
(l² − h²)/(2h)
Почему так

Биссектриса проходит через середину W дуги BC, лежащую на серединном перпендикуляре к BC; в координатах это даёт положение центра O и ортоцентра.

Подробнее — в теме «Решение треугольников».

Условия задач приведены кратким пересказом. Полный текст — в учебнике «Геометрия. 7–9 классы» (Л. С. Атанасян, В. Ф. Бутузов, С. Б. Кадомцев, Э. Г. Позняк, И. И. Юдина; Просвещение, 2023, 2024).

Нашли ошибку?

Опечатка, неверный ответ, непонятное объяснение — напишите, что не так. Мы проверим и исправим.