13792. В треугольнике ABC
 точки A_{1}
 и A_{2}
 — основания перпендикуляров, опущенных из вершины A
 на биссектрисы углов B
 и C
. Аналогично определяются точки B_{1}
, B_{2}
 и C_{1}
, C_{2}
. Докажите, что
2(A_{1}A_{2}+B_{1}B_{2}+C_{1}C_{2})=AB+BC+CA.
Решение. Первый способ. Обозначим углы при вершинах A
, B
 и C
 треугольника ABC
 через \alpha
, \beta
 и \gamma
 соответственно, а противолежащие им стороны — через a
, b
 и c
 соответственно.
Пусть I
 — точка пересечения биссектрис треугольника ABC
, а точки A_{1}
 и A_{2}
 лежат на биссектрисах углов B
 и C
 соответственно. Тогда
\angle BAA_{1}=90^{\circ}-\frac{\beta}{2}=\frac{\alpha+\gamma}{2}\gt\frac{\alpha}{2}=\angle BAI,
\angle CAA_{1}=90^{\circ}-\frac{\gamma}{2}=\frac{\alpha+\beta}{2}\gt\frac{\alpha}{2}=\angle CAI.
 Значит, точки A_{1}
 и A_{2}
 расположены по разные стороны от прямой AI
. Кроме того, AIA_{1}
 — внешний угол треугольника AIB
, поэтому
\angle IAA_{1}=90^{\circ}-\angle AIA_{1}=90^{\circ}-\frac{\alpha}{2}-\frac{\beta}{2}=\frac{\gamma}{2}.
 Аналогично, \angle IAA_{2}=\frac{\beta}{2}
. Тогда
IA_{1}=AI\sin\frac{\gamma}{2},~IA_{2}=AI\sin\frac{\beta}{2}.
 Кроме того,
AA_{1}=AB\sin\frac{\beta}{2}=c\sin\frac{\beta}{2},~AA_{2}=AC\sin\frac{\gamma}{2}=b\sin\frac{\gamma}{2}.
Из точек A_{1}
 и A_{2}
 отрезок AI
 виден под прямым углом, значит, эти точки лежат на окружности с диаметром AI
. Четырёхугольник AA_{1}IA_{2}
 вписанный, поэтому по теореме Птолемея
A_{1}A_{2}\cdot AI=IA_{2}\cdot AA_{1}+IA_{1}\cdot AA_{2},
 или
A_{1}A_{2}\cdot AI=AI\sin\frac{\beta}{2}\cdot c\sin\frac{\beta}{2}+AI\sin\frac{\beta}{2}\cdot b\sin\frac{\gamma}{2},
 откуда
A_{1}A_{2}=c\sin^{2}\frac{\beta}{2}+b\sin^{2}\frac{\gamma}{2}.
 Аналогично,
B_{1}B_{2}=c\sin^{2}\frac{\alpha}{2}+a\sin^{2}\frac{\gamma}{2},~C_{1}C_{2}=a\sin^{2}\frac{\beta}{2}+b\sin^{2}\frac{\alpha}{2}.
 Следовательно,
2(A_{1}A_{2}+B_{1}B_{2}+C_{1}C_{2})=
=2(a+b)\sin^{2}\frac{\gamma}{2}+2(b+c)\sin^{2}\frac{\alpha}{2}+2(c+a)\sin^{2}\frac{\beta}{2}=
=(a+b)(1-\cos\gamma)+(b+c)(1-\cos\alpha)+(c+a)(1-\cos\beta)=
=2(a+b+c)-((c\cos\beta+b\cos\gamma)+(a\cos\gamma+c\cos\alpha)+(a\cos\beta+b\cos\alpha))=
=2(a+b+c)-(a+b+c)=a+b+c.
 Что и требовалось доказать.
Второй способ. Пусть лучи AA_{1}
 и AA_{2}
 пересекают прямую BC
 в точках X
 и Y
 соответственно. Треугольник ABX
 равнобедренный, так как его биссектриса BA_{1}
 является высотой. Значит, BX=AB=c
. Аналогично, CY=AC=b
. Тогда
XY=b+c-a.
 Отрезки BA_{1}
 и CA_{2}
 — медианы треугольников ABX
 и AXY
, поэтому точки A_{1}
 и A_{2}
 — середины отрезков AX
 и AY
 соответственно. Тогда A_{1}A_{2}
 — средняя линия треугольника AXY
. Значит,
A_{1}A_{2}=\frac{1}{2}XY=\frac{b+c-a}{2}.
 Аналогично,
BB_{1}=\frac{a+c-b}{2},~CC_{1}=\frac{a+b-c}{2}.
 Следовательно,
2(A_{1}A_{2}+B_{1}B_{2}+C_{1}C_{2})=(b+c-a)+(a+c-b)+(a+b-c)=a+b+c.
 Что и требовалось доказать.
Источник: Журнал «Crux Mathematicorum». — 2007, № 3, задача 13 с. 160; № 7, задача 3, с. 415
Источник: Венгерские математические олимпиады. — 2002-2003