16110. Касательная к вписанной окружности квадрата ABCD
 пересекает его стороны AB
, AD
 и диагональ AC
 в точках P
, Q
 и R
 соответственно. Докажите, что
\frac{AP}{PB}+\frac{AR}{RC}+\frac{AQ}{QD}=1.
Решение. Пусть в системе координат xOy
 уравнение вписанной в квадрат ABCD
 с центром O
 окружности имеет вид x^{2}+y^{2}=1
, координаты точек A
 и C
 — (1;1)
 и (-1;-1)
 соответственно, T(\cos t;\sin t)
 — точка касания данной касательной с окружностью, 0^{\circ}\lt t\lt90^{\circ}
. Тогда уравнение касательной имеет вид (уравнение прямой в отрезках)
\frac{x}{\frac{1}{\cos t}}+\frac{y}{\frac{1}{\sin t}}=1~\Leftrightarrow~x\cos t+y\sin t=1,
 а координаты точек P
, Q
 и R
 — \left(\frac{1-\cos t}{\sin t};1\right)
, \left(\frac{1-\sin t}{\cos t};1\right)
 и \left(\frac{1}{\sin t+\cos t};\frac{1}{\sin t+\cos t}\right)
 соответственно.
Обозначим \tg\frac{t}{2}=a
. Тогда
\frac{AP}{PB}=\frac{\sin t+\cos t-1}{\sin t-\cos t+1}=\frac{\frac{2a}{1+a^{2}}+\frac{1-a^{2}}{1+a^{2}}-1}{\frac{2a}{1+a^{2}}-\frac{1-a^{2}}{1+a^{2}}+1}=\frac{1-a}{1+a},
\frac{AR}{RC}=\frac{\sin t+\cos t-1}{\sin t+\cos t+1}=\frac{\frac{2a}{1+a^{2}}+\frac{1-a^{2}}{1+a^{2}}-1}{\frac{2a}{1+a^{2}}+\frac{1-a^{2}}{1+a^{2}}+1}=\frac{a(1-a)}{1+a},
\frac{AQ}{QD}=\frac{\cos t+\sin t-1}{\cos t-\sin t+1}=\frac{\frac{1-a^{2}}{1+a^{2}}+\frac{2a}{1+a^{2}}-1}{\frac{1-a^{2}}{1+a^{2}}-\frac{2a}{1+a^{2}}+1}=a.
 Следовательно,
\frac{AP}{PB}+\frac{AR}{RC}+\frac{AQ}{QD}=\frac{1-a}{1+a}+\frac{a(1-a)}{1+a}+a=1.
 Что и требовалось доказать.
Источник: Журнал «Crux Mathematicorum». — 1997, № 2, задача 2114 (1996, с. 75), с. 114