10389. На сторонах AB
 и CD
 квадрата ABCD
 взяты точки K
 и M
 соответственно, а на диагонали AC
 — точка L
 так, что ML=KL
. Пусть P
 — точка пересечения отрезков MK
 и BD
. Найдите угол KPL
.
Ответ. 45^\circ
 или 135^\circ
.
Решение. Пусть O
 — центр квадрата. Рассмотрим случай, когда точка P
 лежит на отрезке OD
.
Первый способ. Пусть N
 — середина отрезка MK
 (рис. 1). Тогда ON\parallel AK
 и \angle AON=45^{\circ}
. С другой стороны, треугольник KLM
 равнобедренный, значит, LN\perp MK
. Из точек N
 и O
 отрезок LP
 виден под прямым углом, значит, эти точки лежат на окружности с диаметром LP
.
\angle LPN=180^{\circ}-\angle LON=\angle AON=45^{\circ}.
Второй способ. Пусть P'
 — вторая точка пересечения окружностей, описанных около треугольников AKL
 и CML
 (рис. 2). Докажем, что точка P'
 совпадает с P
. Для этого достаточно доказать, что: 1) точки K
, P'
 и M
 лежат на одной прямой; 2) P'
 лежит на диагонали BD
.
Первое утверждение следует из того, что
\angle KP'L=\angle KAL=45^\circ~\mbox{и}~\angle LP'M=180^\circ-\angle LCM=135^\circ.
Докажем второе утверждение. Из равенства LK=LM
 следует, что \angle LKP'=\angle LMP'
, тогда по свойству вписанных углов
\angle LAP'=\angle LKP'=\angle LMP'=\angle LCP',
 т. е. точка P'
 равноудалена от точек A
 и C
, а значит лежит на диагонали BD
. Следовательно, \angle KPL=\angle KAL=45^\circ
.
Третий способ. Пусть S
 — точка пересечения серединного перпендикуляра l
 к отрезку KM
 и прямой AB
, а F
 — точка пересечения отрезков SM
 и AD
 (рис. 3). Точка L
 равноудалена от концов отрезка KM
, значит, она лежит на прямой l
, и SL
 — биссектриса угла ASF
, а так как AL
 — биссектриса угла KAF
, то L
 — центр вневписанной окружности треугольника AFS
. Следовательно, точка L
 лежит на биссектрисе угла AFM
 (см. задачу 1192).
С другой стороны, из равенства углов SKM
 и SMK
 равнобедренного треугольника SKM
 и параллельности прямых AB
 и CD
 следует, что MK
 — биссектриса угла FMC
. Значит, FL
 и MK
 — биссектрисы внешних углов треугольника DMF
, и точка их пересечения Q
 является центром вневписанной окружности, а значит, лежит на диагонали BD
. Следовательно, точка Q
 совпадает с P
. Тогда искомый угол равен углу MPF
 — углу между биссектрисами внешних углов прямоугольного треугольника DMF
. Значит (см. задачу 4770),
\angle KPL=\angle MPF=90^{\circ}-\frac{1}{2}\angle MDG.
В случае, если точка P
 лежит на отрезке BO
, аналогичные рассуждения приводят к ответу 135^{\circ}
.
Автор: Блинков Ю. А.
Источник: Московская устная олимпиада по геометрии. — 2010, № 5, 8-9 классы