11745. Диагонали выпуклого четырёхугольника
ABCD
пересекаются в точке
O
. Известно, что
AB=BC=CD
и
\angle AOD=120^{\circ}
. Докажите, что
AO=DO
.
Решение. Первый способ. Опустим перпендикуляры
AK
и
DL
на прямые
DB
и
AC
соответственно. Пусть
\angle BAC=\angle BCA=\alpha
, тогда по теореме о внешнем угле треугольника
\angle BDC=\angle CBD=\angle CBO=60^{\circ}-\alpha.

Без ограничения общности можно считать, что
\alpha\leqslant30^{\circ}
. В этом случае точки
K
и
L
расположены так, как показано на рисунке.
В прямоугольных треугольниках
AKB
и
DLC
равны гипотенузы
AB
и
DC
, а также
\angle KAB=(90^{\circ}-60^{\circ})-\alpha=30^{\circ}-\alpha,

\angle LDC=\angle BDC-\angle ODL=(60^{\circ}-\alpha)-30^{\circ}=30^{\circ}-\alpha

поэтому эти треугольники равны, и значит,
AK=DL
. Тогда треугольники
AKO
и
DLO
также равны по катету и противолежащему острому углу. Следовательно,
AO=DO
.
Второй способ. Отметим на прямой
AC
такую точку
E
, что треугольник
BOE
равносторонний. Треугольники
ABE
и
CBO
симметричны относительно серединного перпендикуляра к отрезку
AC
, поэтому они равны. Таким образом,
AO=AE+EO=CO+BO.

Аналогично,
DO=BO+CO
. Следовательно,
AO=DO
.