12071. На сторонах BC
и CD
прямоугольника ABCD
взяты такие точки E
и F
соответственно, что треугольник AEF
правильный. Найдите площадь треугольника CEF
, если S_{\triangle ABE}=S_{1}
, а S_{\triangle ADF}=S_{2}
.
Ответ. S_{1}+S_{2}
.
Решение. Обозначим AE=AF=EF=a
, \angle BAE=\alpha
, S_{\triangle CEF}=S
. Тогда
\angle FAD=90^{\circ}-\alpha-60^{\circ}=30^{\circ}-\alpha,
\angle AFD=90^{\circ}-(30^{\circ}-\alpha)=60^{\circ}+\alpha,
\angle CFE=180^{\circ}-60^{\circ}-(60^{\circ}+\alpha)=60^{\circ}-\alpha,
поэтому
S_{1}=\frac{1}{2}BE\cdot AE=\frac{1}{2}a\sin\alpha\cdot a\cos\alpha=\frac{1}{4}a^{2}\sin2\alpha,
S_{2}=\frac{1}{2}DF\cdot AD=\frac{1}{2}a\sin(30^{\circ}-\alpha)\cdot a\cos(30^{\circ}-\alpha)=\frac{1}{4}a^{2}\sin(60^{\circ}-2\alpha),
S=\frac{1}{2}EC\cdot CF=\frac{1}{2}a\sin(60^{\circ}-\alpha)\cdot a\cos(60^{\circ}-\alpha)=\frac{1}{4}a^{2}\sin(120^{\circ}-2\alpha),
а так как
\sin2\alpha+\sin(60^{\circ}-2\alpha)=2\sin\frac{2\alpha+(60^{\circ}-2\alpha)}{2}\cos\frac{2\alpha-(60^{\circ}-2\alpha)}{2}=
=2\sin30^{\circ}\cos(2\alpha-30^{\circ})=\cos(2\alpha-30^{\circ})=
=\sin(90^{\circ}-(2\alpha-30^{\circ}))=\sin(120^{\circ}-2\alpha),
то S=S_{1}+S_{2}
.
Источник: Международная олимпиада «Интеллектуальный марафон». — 1996, VI, письменный индивидуальный тур, задача 5
Источник: Журнал «Квант». — 1997, № 3, с. 56, задача 5