13366. В трапеции ABCD
 основание BC
 в два раза короче AD
. Внутри трапеции отмечена такая точка F
, что AB=FB
. Докажите, что прямая, соединяющая точку C
 с серединой отрезка FD
, перпендикулярна FA
.
Решение. Первый способ. Отметим середины M
 и N
 отрезков DF
 и AF
 соответственно. По теореме о средней линии треугольника
MN=\frac{1}{2}AD=BC,~MN\parallel AD\parallel BC.
 Противоположные стороны MN
 и BC
 четырёхугольника BCMN
 равны и параллельны, значит, это параллелограмм. Тогда BN\parallel CM
, а так как треугольник ABF
 равнобедренный, то его медиана BN
 является высотой. Значит, BN\perp AF
. Следовательно, CM\perp AF
. Что и требовалось доказать.
Второй способ. Пусть M
 — середина отрезка DF
. Продолжим боковые стороны трапеции до пересечения в точке K
. Из условия AD=2BC
 следует, что BC
 — средняя линия треугольника AKD
, поэтому C
 — середина отрезка DK
. Тогда CM
 — средняя линия треугольника DKF
, поэтому CM\parallel KF
. В то же время, BF=AB=BK
, значит, треугольник AFK
 прямоугольный (см. задачу 1188), KF\perp AF
. Следовательно, CM\perp AF
. Что и требовалось доказать.
Автор: Бахарев Ф. Л.
Источник: Санкт-Петербургская (Ленинградская) математическая олимпиада. — 2020, первый тур, задача 4, 8 класс