4416. Высота треугольника, равная 2, делит угол треугольника в отношении
2:1
, а основание треугольника — на части, меньшая из которых равна 1. Найдите площадь треугольника.
Ответ.
\frac{11}{3}
.
Решение. Первый способ. Пусть
BD=2
— высота треугольника
ABC
,
AD=1
. У прямоугольных треугольников
ABD
и
CBD
общий катет
BD
, а по условию задачи катет
AD
первого треугольника меньше катета
CD
второго. Значит,
\angle ABD\lt\angle CBD
.
Обозначим
\angle ABD=\alpha
. Тогда
\angle CBD=2\alpha
. Из прямоугольного треугольника
ABD
находим, что
\tg\alpha=\frac{AD}{BD}=\frac{1}{2}.

Тогда
\tg2\alpha=\frac{2\tg\alpha}{1-\tg^{2}\alpha}=\frac{2\cdot\frac{1}{2}}{1-\frac{1}{4}}=\frac{4}{3}.

Тогда в прямоугольном треугольнике
CBD

CD=BD\cdot\tg\angle CBD=2\cdot\tg2\alpha=2\cdot\frac{4}{3}=\frac{8}{3}.

Следовательно,
S_{\triangle ABC}=\frac{1}{2}AC\cdot BD=\frac{1}{2}\left(1+\frac{8}{3}\right)\cdot2=\frac{11}{3}.

Второй способ. Пусть
BD=2
— высота треугольника
ABC
,
AD=1
. У прямоугольных треугольников
ABD
и
CBD
общий катет
BD
, а по условию задачи катет
AD
первого треугольника меньше катета
CD
второго. Значит,
\angle ABD\lt\angle CBD
.
Обозначим
\angle ABD=\alpha
. Тогда
\angle CBD=2\alpha
. Пусть биссектриса угла
DBC
пересекает отрезок
CD
в точке
E
. Тогда треугольник
ABE
— равнобедренный, так как его высота
BD
является биссектрисой. Поэтому
DE=AD=1
.
Поскольку
BD=2DE
, то по свойству биссектрисы треугольника
BC=2CE
. Обозначим
CE=x
. По теореме Пифагора
BC^{2}=BD^{2}+CD^{2},~\mbox{или}~4x^{2}=4+(1+x)^{2}.

Из этого уравнения находим, что
x=\frac{5}{3}
. Следовательно,
S_{\triangle ABC}=\frac{1}{2}AC\cdot BD=\frac{1}{2}\left(1+1+\frac{5}{3}\right)\cdot2=\frac{11}{3}.