13653. На стороне AC
 треугольника ABC
 дана точка S
. Постройте прямую, проходящую через точку S
 и пересекающую прямые BC
 и AB
 в точках P
 и Q
 соответственно так, что PQ=PA
.
Решение. Пусть D
 — точка, симметричная вершине A
 относительно прямой BC
. Тогда треугольник DBC
 равен треугольнику ABC
. Через точку S
 параллельно AB
 проведём прямую, пересекающую BD
 в точке T
. Пусть описанная окружность треугольника STD
 пересекает прямую BC
 в точках P_{1}
 и P_{2}
, а прямые SP_{1}
 и SP_{2}
 пересекают прямую AB
 в точках Q_{1}
 и Q_{2}
 соответственно.
Докажем, что P_{1}Q_{1}=P_{1}A
 и P_{2}Q_{2}=P_{2}A
.
Обозначим \angle P_{1}DT=\varphi
. Заметим, что прямая BC
 — ось симметрии четырёхугольников ABDC
, ABDP_{1}
 и ABDP_{2}
, а так как четырёхугольник SP_{1}TD
 вписанный, то
\angle P_{1}ST=\angle P_{1}DT=\varphi.
 Значит,
\angle P_{1}AB=\angle P_{1}DB=\varphi,
 а так как ST\parallel AB
, то
\angle P_{1}Q_{1}A=\angle P_{1}ST=\varphi.
 Значит, треугольник AP_{1}Q_{1}
 равнобедренный. Следовательно, P_{1}Q_{1}=P_{1}A
.
Обозначим \angle P_{2}AQ_{2}=\psi
. Из симметрии
\angle P_{2}DB=\angle P_{2}AB=\psi,
 а так как ST\parallel AB
 и четырёхугольник P_{2}STD
 вписанный, то
\angle AQ_{2}P_{2}=180^{\circ}-\angle P_{2}Q_{2}B=180^{\circ}-\angle P_{2}ST=
=\angle P_{2}DT=\angle P_{2}DB=\angle P_{2}AB=\psi.
 Значит, треугольник AP_{2}Q_{2}
 равнобедренный. Следовательно, P_{2}Q_{2}=P_{2}A
.
Что и требовалось доказать.

Источник: Журнал «Crux Mathematicorum». — 2000, № 7, задача 2473 (1999, с. 368), с. 442