13575. В треугольнике
ABC
с тупым углом при вершине
A
проведены высоты
AD
,
BE
и
CF
. Точки
E'
и
F'
— основания перпендикуляров, опущенных из
E
и
F
на прямую
BC
. Известно, что
2E'F'=2AD+BC
. Найдите угол
A
.
Ответ.
135^{\circ}
.
Решение. Обозначим
BC=a
,
AC=b
,
AB=c
,
\angle A=\alpha
,
\angle B=\beta
,
\angle C=\gamma
. Тогда
AD=AC\sin\gamma=b\sin\gamma,

CF'=BC-BF'=a-BF\cos\beta=a-BC\cos\beta\cdot\cos\beta=

=a-a\cos^{2}\beta=a\sin^{2}\beta.

Аналогично,
BE'=a-a\sin^{2}\gamma.

Значит,
E'F'=BC-CF'-BE'=2a-a\sin^{2}\beta-a\sin^{2}\gamma.

По условию
2(2a-a\sin^{2}\beta-a\sin^{2}\gamma)=2b\sin\gamma+a,

а так как по теореме синусов
\frac{b}{a}=\frac{\sin\beta}{\sin\alpha}
, и учитывая, что
\cos(\beta+\gamma)=-\sin\alpha
, после очевидных преобразований получаем
\sin\alpha(1-2\sin^{2}\beta-2\sin^{2}\gamma=2\sin\beta\sin\gamma~\Leftrightarrow~

~\Leftrightarrow~\sin\alpha(1-(1-\cos2\beta+1-2\sin2\gamma)=\cos(\beta-\gamma)-\cos(\beta+\gamma)~\Leftrightarrow~

~\Leftrightarrow~\sin\alpha(2\cos(\beta-\gamma)\cos(\beta+\gamma)-1)=\cos(\beta-\gamma)+\cos\alpha~\Leftrightarrow~

~\Leftrightarrow~-\cos(\beta-\gamma)(1+2\sin\alpha\cos\alpha)=\cos\alpha+\sin\alpha~\Leftrightarrow~

~\Leftrightarrow~(\cos\alpha+\sin\alpha)(1+(\cos\alpha+\sin\alpha)\cos(\beta-\gamma))=0.

По условию
\alpha\gt90^{\circ}
. Если
\alpha\geqslant135^{\circ}
, то
\alpha-45^{\circ}\geqslant90^{\circ}
, поэтому
1+(\cos\alpha+\sin\alpha)\cos(\beta-\gamma)=1+\sqrt{2}\cos(\alpha-45^{\circ})\cos(\beta-\gamma)\gt0,

так как
-1\lt\sqrt{2}\cos(\alpha-45^{\circ})\cos(\beta-\gamma)\leqslant0
, а
\cos(\beta-\gamma)\gt0
.
Если же
0^{\circ}\lt\alpha\lt135^{\circ}
, то
\cos(\alpha-45^{\circ})\gt-\frac{1}{\sqrt{2}}
, поэтому
1+(\cos\alpha+\sin\alpha)\cos(\beta-\gamma)=1+\sqrt{2}\cos(\alpha-45^{\circ})\cos(\beta-\gamma)\gt

\gt1+\sqrt{2}\cdot\left(-\frac{1}{\sqrt{2}}\right)=0.

Таким образом,
\cos\alpha+\sin\alpha=0,

откуда находим, что
\alpha=135^{\circ}
.