13502. Из точки P
, лежащей внутри остроугольного треугольника ABC
, опущены перпендикуляры PD
, PE
 и PF
 на стороны AB
, BC
 и AC
 соответственно. Найдите геометрическое место точек P
, для которых треугольник DEF
 равнобедренный. Для каких P
 этот треугольник равносторонний?
Ответ. Объединение лежащих внутри данного треугольника трёх дуг окружностей Аполлония.
Точка пересечения этих трёх дуг.
Решение. Пусть углы при вершинах A
, B
 и C
 треугольника ABC
 равны \alpha
, \beta
 и \gamma
 соответственно, а BC=a
, AC=b
 и AB=c
.
Из точек D
 и F
 отрезок AP
 виден под прямым углом, значит, эти точки лежат на окружности с диаметром AP
. По теореме синусов DF=AP\sin\alpha
. Аналогично, DE=BP\sin\beta
 и EF=CP\sin\gamma
.
Если DF=DE
, то AP\sin\alpha=BP\sin\beta
, а так как по теореме синусов \frac{\sin\beta}{\sin\alpha}=\frac{AC}{BC}
, то
\frac{AP}{BP}=\frac{\sin\beta}{\sin\alpha}=\frac{AC}{BC}=\frac{b}{a}.
 Следовательно, точка P
 лежит на окружности Аполлония отрезка AB
 и отношения \frac{b}{a}
, т. е. на окружности с диаметром KL
, где K
 и L
 — точки пересечения с прямой AB
 биссектрис внутреннего и внешнего углов при вершине C
 треугольника ABC
 (см. задачу 2444). Аналогично для случаев ED=EF
 и FD=FE
.
Точка P
 лежит внутри треугольника, поэтому геометрическое точек P
, для которых треугольник DEF
 равнобедренный, — фигура, состоящая из трёх расположенных внутри треугольника ABC
 дуг таких окружностей Аполлония.
Треугольник DEF
 равносторонний, если P
 — точка пересечения этих трёх дуг.
Источник: Журнал «Crux Mathematicorum». — 1992, № 1, задача 7, с. 8
Источник: Индийские математические олимпиады. — 1990