16212. Треугольник ABC
 вписан в окружность \Gamma
. Для какой точки P
, лежащей в плоскости этого треугольника, но не лежащей на окружности \Gamma
, отличные от A
, B
 и C
 точки A'
, B'
 и C'
 пересечения прямых соответственно PA
, PB
 и PC
 с окружностью \Gamma
, являются вершинами равнобедренного прямоугольного треугольника с прямым углом при вершине B'
?
Ответ. P
 — точка пересечения описанных окружностей треугольников ABD
 и BCE
, где D
 — точка на продолжении стороны AC
 за точку C
, причём \angle CBD=45^{\circ}
, а E
 — точка на продолжении стороны BA
 за точку A
, причём \angle ACE=45^{\circ}
Решение. Рассмотрим случай, изображённый на рисунке (\angle BAC\gt45^{\circ}
, \angle ACB\gt45^{\circ}
). Приведённое ниже решение с несущественными изменениями годится для любого другого случая.
На продолжении стороны AC
 за точку C
 отметим точку D
, для которой \angle CBD=45^{\circ}
. На продолжении стороны BA
 за точку A
 отметим точку E
, для которой \angle ACE=45^{\circ}
. Пусть описанные окружности треугольников ABD
 и BCE
 пересекаются в точке P
, отличной от B
. Докажем, что P
 — искомая точка.
Действительно, пусть A'
, B'
 и C'
 — отличные от вершин соответственно A
, B
 и C
 точки пересечения прямых соответственно PA
, PB
 и PC
 с описанной окружностью треугольника ABC
. Тогда CB'A'C'
 и AA'C'B'
 — вписанные четырёхугольники, поэтому
\angle B'A'C'=\angle B'CP~\mbox{и}~\angle B'C'A'=\angle B'AP.
 Кроме того, BB'C
 и AB'B
 — внешние углы треугольников CB'P
 и AB'P
 соответственно. Значит,
\angle B'A'C'=\angle B'CP=\angle BB'C-\angle BPC=\angle BAC-\angle BEC=\angle ACE=45^{\circ},
\angle B'C'A'=\angle B'AP=\angle AB'B-\angle APB=\angle ACB-\angle ADB=\angle CBD=45^{\circ}.
 Следовательно, A'B'C'
 — равнобедренный прямоугольный треугольник с прямым углом при вершине B'
. Что и требовалось доказать.
Источник: Вьетнамские математические олимпиады. — 1999
Источник: Журнал «Crux Mathematicorum». — 2004, № 4, задача 2 (2002, с. 7-8), с. 212