12462. На сторонах треугольника ABC
 во внешнюю сторону построены прямоугольники ABLK
, BCNM
 и CAQP
, имеющие равные площади. Пусть X
, Y
 и Z
 — середины отрезков KQ
, LM
 и NP
 соответственно. Докажите, что прямые AX
, BY
 и CZ
 пересекаются в одной точке.
Решение. Докажем, что прямые AX
, BY
 и CZ
 пересекаются в точке O
 — центре окружности, описанной около треугольника ABC
.
Пусть D
 — точка пересечения прямых CP
 и BL
. Тогда \angle ABD=\angle ACD=90^{\circ}
, поэтому точки B
 и C
 лежат на окружности с диаметром AD
. Серединные перпендикуляры к сторонам AB
 и AC
 треугольника ABC
 содержат средние линии прямоугольных треугольников ABD
 и ACD
, значит, точка O
 лежит на отрезке AD
.
Пусть X_{1}
 — точка пересечения прямой AD
 с отрезком KQ
. Поскольку \angle CAD=\angle CBD
 и
\angle CAD+\angle QAX_{1}=\angle CBD+\angle ABC,
 то \angle QAX_{1}=\angle ABC
. Аналогично, \angle KAX_{1}=\angle ACB
.
Пусть площадь каждого из трёх прямоугольников равна S
. Тогда, если q
 и k
 — расстояния от точек соответственно Q
 и K
 до прямой AD
, то
\frac{QX_{1}}{KX_{1}}=\frac{q}{k}=\frac{AQ}{AK}\cdot\frac{\sin\angle QAX_{1}}{\sin\angle KAX_{1}}=\frac{\frac{S}{AC}}{\frac{S}{AB}}\cdot\frac{\sin\angle ABC}{\sin\angle ACB}=\frac{AB}{AC}\cdot\frac{AC}{AB}=1.
 Значит, точка X_{1}
 — середина отрезка KQ
, т. е. X_{1}
 совпадает с точкой X
. Следовательно, прямая AX
 проходит через точку O
. Аналогично для прямых BY
 и CZ
.
Автор: Кунгожин М. А.
Источник: Казахская республиканская олимпиада по математике. — 2017, задача 3, 9 класс