1043. На сторонах параллелограмма вне его построены квадраты. Докажите, что их центры также образуют квадрат.
Указание. Примените признак равенства треугольников по двум сторонам и углу между ними (или рассмотрите композицию поворотов на
90^{\circ}
относительно центров двух соседних квадратов).
Решение. Первый способ. Пусть
O_{1}
,
O_{2}
,
O_{3}
,
O_{4}
— центры квадратов, построенных соответственно на сторонах
AB
,
BC
,
CD
,
DA
параллелограмма
ABCD
(рис. 1). Обозначим
\angle BAD=\alpha
. Рассмотрим случай, когда
\alpha\lt90^{\circ}
.
Поскольку
O_{1}A=O_{1}B,~AO_{4}=BO_{2},

\angle O_{1}AO_{4}=45^{\circ}+\alpha+45^{\circ}=90^{\circ}+\alpha=\angle O_{1}BO_{2},

то треугольники
O_{1}AO_{4}
и
O_{1}BO_{2}
равны по двум сторонам и углу между ними. Поэтому
O_{1}O_{4}=O_{1}O_{2}
. Кроме того,
\angle O_{2}O_{1}O_{4}=\angle O_{2}O_{1}B+\angle BO_{1}O_{4}=\angle AO_{1}O_{4}+\angle BO_{1}O_{4}=90^{\circ}.

Остальное точно так же.
Аналогично рассматриваются остальные случаи.
Второй способ. Пусть
O_{1}
,
O_{2}
,
O_{3}
,
O_{4}
— центры квадратов, построенных соответственно на сторонах
AB
,
BC
,
CD
,
DA
параллелограмма
ABCD
.
Рассмотрим поворот на
90^{\circ}
относительно точки
O_{2}
, переводящий вершину
B
в вершину
C
, и поворот на
90^{\circ}
относительно точки
O_{3}
, переводящий вершину
C
в вершину
D
.
Композиция этих поворотов есть поворот на
180^{\circ}
(см. задачу 6710), т. е. центральная симметрия. Центр этой симметрии — середина отрезка
BD
(центр симметрии параллелограмма
ABCD
), поскольку при рассматриваемой композиции поворотов точка
B
переходит в точку
D
.
Но при этой же композиции поворотов точка
O_{2}
переходит в точку
O_{4}
. Поэтому
O_{3}O_{2}=O_{3}O_{4}
и
O_{3}O_{2}\perp O_{3}O_{4}
.
Аналогично докажем, что
O_{1}O_{4}=O_{1}O_{2}
и
O_{1}O_{4}\perp O_{1}O_{2}
.
Следовательно,
O_{1}O_{2}O_{3}O_{4}
— квадрат.

Примечание. Аналогично доказывается, что если квадраты построены внутрь параллелограмма (см. рис. 2), то четырёхугольник с вершинами в их центрах — тоже квадрат.