776. Окружность, вписанная в треугольник
ABC
, делит медиану
BM
на три равные части. Найдите отношение
BC:CA:AB
.
Ответ.
5:10:13
.
Указание. Примените теорему о касательной и секущей и формулу для медианы через стороны треугольника.
Решение. Пусть
K
,
L
и
N
— точки касания вписанной окружности со сторонами
AC
,
BC
и
AB
соответственно;
F
и
Q
— точки пересечения окружности с медианой
BM
(
F
— между
B
и
Q
). Предположим, что точка
K
расположена между точками
M
и
C
. Обозначим
BC=a
,
BF=FQ=QM=x
. Тогда
BL^{2}=BQ\cdot BF=2x^{2}.

Поэтому
BL=x\sqrt{2}
,
BN=BL=x\sqrt{2}
. Аналогично находим, что
KM=x\sqrt{2}
, а так как
CL=CK
, то
MC=BC=a,~AC=2a,~AB=AN+NB=a+x\sqrt{2}+x\sqrt{2}=a+2x\sqrt{2}.

Выразим медиану
BM
через стороны треугольника
ABC
(см. задачу 4014):
4BM^{2}=2\cdot BC^{2}+2\cdot AB^{2}-AC^{2},~\mbox{или}

36x^{2}=2a^{2}+2(a+2x\sqrt{2})^{2}-4a^{2}.

Из этого уравнения находим, что
a=\frac{5x\sqrt{2}}{4}
. Тогда
BC=a=\frac{5x\sqrt{2}}{4},~AC=2a=\frac{5x\sqrt{2}}{2},

AB=a+2x\sqrt{2}=\frac{13x\sqrt{2}}{4}.

Следовательно,
BC:CA:AB=5:10:13
.

Примечание. Верно и обратное: в треугольнике со сторонами, пропорциональными числам 5, 10 и 13, медиана, проведённая из вершины среднего по величине угла, делится вписанной окружностью на три равные части.
Заметим, что такой треугольник существует, так как
5+10\gt13
. Пусть
BC=5a
,
AC=10a
,
AB=13a
, а
BM
— медиана треугольника
ABC
. Тогда
BM=\frac{1}{2}\sqrt{2BC^{2}+2AB^{2}-AC^{2}}=\frac{1}{2}\sqrt{50a^{2}+338a^{2}-100a^{2}}=\frac{1}{2}a\sqrt{288}=6a\sqrt{2}.

Пусть вписанная окружность пересекает медиану
BM
в точках
E
и
Q
и касается сторон
BC
и
AC
в точках
L
и
P
соответственно. Тогда
BL=\frac{AB+BC-AC}{2}=\frac{13a+5a-10a}{2}=4a.

Пусть
K
— середина медианы
BM
. Треугольник
BCM
равнобедренный, поэтому
K
— середина
FQ
. Обозначим
KF=KQ=t
. По теореме о касательной и секущей
BF\cdot BQ=BL^{2}
, или
(3a\sqrt{2}-t)(3a\sqrt{2}+t)=16a^{2},~18a^{2}-t^{2}=16a^{2},

откуда
t=a\sqrt{2}
. Следовательно,
FQ=2t=2a\sqrt{2},~BF=MQ=\frac{BM-FQ}{2}=\frac{6\sqrt{2}-2\sqrt{2}}{2}=2a\sqrt{2},

т. е.
BF=FQ=MQ
.