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.
а) Центр окружности, вписанной в угол, лежит на его биссектрисе, поэтому AO и BO — биссектрисы углов BAD и ABC соответственно. Следовательно,
Отрезок AB виден из точки O под углом 90°. Следовательно, точка O принадлежит окружности, построенной на отрезке AB как на диаметре.
б) Пусть K, L, M и N — точки касания окружности со сторонами AB, BC, CD и AD данной трапеции соответственно. Тогда L — середина основания BC, потому что углы ABC и BCD равны, углы OBL и OCL равны и прямоугольные треугольники OBL и OCL равны по общему катету OL и острому углу. Аналогично N — середина основания AD. Обозначим CM = CL = BL = BK = x; DM = DN = AN = AK = y (x < y); OK = OL = ON = OM = r, Тогда
LN = 2r —
высота трапеции, а KM равно среднему гармоническому длин отрезков AD и
Для полноты докажем это утверждение. Отложим на стороне AD отрезок PD = BC, и пусть Q — точка пересечения отрезков BP и KM. Тогда BCDP — параллелограмм и BP
Заметим, что
QM = BC, а KQ находится из подобия треугольников BKQ и BAP:
Пусть площадь трапеции ABCD равна S, а площадь четырёхугольника KLMN равна S1. Тогда
а так как диагонали KM и LN четырёхугольника KLMN перпендикулярны, получаем, что
Следовательно,
Ответ: б)

