4535. В равнобочной трапеции
ABCD
угол при основании
AD
равен
\alpha
, боковая сторона
AB
равна
b
. Окружность, касающаяся сторон
AB
и
AD
и проходящая через вершину
C
, пересекает стороны
BC
и
CD
в точках
M
и
N
соответственно. Найдите
BM
, если
\frac{CN}{ND}=3
.
Ответ.
\frac{b}{8(1-\cos\alpha)}
.
Решение. Пусть окружность касается сторон
AD
и
AB
трапеции
ABCD
в точках
P
и
Q
соответственно. По теореме о касательной и секущей
DP^{2}=DN\cdot DC=\frac{1}{4}b\cdot b=\frac{1}{4}b^{2},~DP=\frac{b}{2}.

Если продолжение радиуса
OP
пересекает меньшее основание
BC
трапеции в точке
T
, то
T
— середина
MC
(диаметр, перпендикулярный хорде, делит её пополам). Пусть
K
,
L
и
E
— проекции точек соответственно
C
,
M
и
B
на основание
AD
. Тогда
LP=PK=PD-KD=\frac{b}{2}-b\cos\alpha.

Обозначим
EL=BM=x
. По теореме о равенстве отрезков касательных, проведённых к окружности из одной точки
AQ=AP=AE+EL+LP=b\cos\alpha+x+\left(\frac{b}{2}-b\cos\alpha\right)=x+\frac{b}{2}.

По теореме о касательной и секущей
BQ^{2}=BM\cdot BC=EL\cdot EK=EL(EL+LK)=x(x+2LP)=x(x+b-2b\cos\alpha),

а так как
AB=AQ+QB
, то
b=x+\frac{b}{2}+\sqrt{x(x+b-2b\cos\alpha)}.

Из этого уравнения находим, что
x=\frac{b}{8(1-\cos\alpha)}
.