5050. Задача о четырёх пятаках. Четыре окружности радиуса
R
пересекаются по три в точках
M
и
N
, и по две в точках
A
,
B
,
C
и
D
. Докажите что
ABCD
— параллелограмм.
Указание. Используя свойства ромба, докажите, что
\overrightarrow{CD}=\overrightarrow{BA}
.
Решение. Пусть
O_{1}
,
O_{2}
,
O_{3}
,
O_{4}
— центры описанных окружностей треугольников
AMN
,
AMB
,
BMN
,
CND
соответственно. Поскольку четырёхугольники
O_{4}NO_{3}C
,
NO_{1}MO_{3}
,
O_{1}AO_{2}M
— ромбы, то
\overrightarrow{O_{4}C}=\overrightarrow{NO_{3}}=\overrightarrow{O_{1}M}=\overrightarrow{AO_{2}}.

Поскольку
O_{4}DO_{1}N
,
NO_{1}MO_{3}
,
O_{3}MO_{2}B
— ромбы, то
\overrightarrow{O_{4}D}=\overrightarrow{NO_{1}}=\overrightarrow{O_{3}M}=\overrightarrow{BO_{2}}.

Таким образом,
\overrightarrow{O_{4}C}=\overrightarrow{AO_{2}},~\overrightarrow{O_{4}D}=\overrightarrow{BO_{2}}.

Следовательно,
\overrightarrow{CD}=\overrightarrow{O_{4}D}-\overrightarrow{O_{4}C}=\overrightarrow{BO_{2}}-\overrightarrow{AO_{2}}=\overrightarrow{BA},

т. е.
ABCD
— параллелограмм.