12068. Окружности с центрами
O
и
O'
расположены на плоскости одна вне другой. Касательная, проведённая из точки
O
ко второй окружности, пересекает первую окружность в точках
A
и
B
, а касательная из
O'
к первой окружности пересекает вторую окружность в точке в точках
A'
и
B'
, причём точки
A
и
A'
лежат по одну сторону от прямой
OO'
. Зная расстояния
AA'=a
и
BB'=b
, найдите
OO'
.
Ответ.
\frac{a+b}{2}
.
Решение. Рассмотрим случай, изображённый на рисунке.
Пусть прямые
AB
и
A'B'
пересекаются в точке
P
, прямая
AB
касается второй окружности радиуса
R
в точке
C
, а прямая
A'B'
касается первой окружности радиуса
r
в точке
C'
. Обозначим,
PA=x
,
PA'=y
,
PC'=c
,
PC=d
.
Из точек
C
и
C'
отрезок
OO'
виден под прямым углом, значит, эти точки лежат на окружности с диаметром
OO'
. Прямоугольные треугольники
OC'P
и
O'CP
подобны, поэтому
\frac{PC'}{PC}=\frac{OC'}{O'C}
, или
\frac{c}{d}=\frac{r}{R}
.
По теореме о касательной и секущей
PC'^{2}=PA\cdot PB
, или
c^{2}=x(x+2r)
. Аналогично,
d^{2}=y(y+2R)
. Значит,
\frac{r^{2}}{R^{2}}=\frac{c^{2}}{d^{2}}=\frac{x(x+2r)}{y(y+2R)},

R^{2}x^{2}+2rR^{2}x=r^{2}y^{2}+2Rr^{2}y,~R^{2}x^{2}-r^{2}y^{2}+2rR^{2}x-2Rr^{2}y=0,

(Rx-ry)(Rx+ry)+2rR(Rx-ry)=0,~(Rx-ry)(Rx+ry+2rR)=0,

а так как
Rx+ry+2rR\ne0
, то
Rx=ry
, или
\frac{x}{r}=\frac{y}{R}
, поэтому
\frac{PA}{AO}=\frac{x}{r}=\frac{y}{R}=\frac{PA'}{A'O'}.

Тогда,
AA'\parallel OO'
, а так как
\frac{PA}{AB}=\frac{x}{2r}=\frac{y}{2R}=\frac{PA'}{A'B'},

то
BB'\parallel OO'
. Значит,
ABB'A'
— трапеция с основаниями
AA'=a
и
BB'=b
, а
OO'
— её средняя линия. Следовательно,
OO'=\frac{AA'+BB'}{2}=\frac{a+b}{2}.