16375. Пусть высоты AA'
, BB'
 и CC'
 треугольника ABC
 пересекаются в точке H
, O
 — центр описанной окружности этого треугольника, лучи AO
, BO
 и CO
 пересекают прямые BC
, AC
 и AB
 в точках A_{1}
, B_{1}
 и C_{1}
 соответственно, а A''
, B''
 и C''
 — середины отрезков AA_{1}
, BB_{1}
 и CC_{1}
 соответственно. Докажите, что прямые A'A''
, B'B''
 и C'C''
 пересекаются в одной точке.
Решение. Докажем, что прямые A'A''
, B'B''
 и C'C''
 пересекаются в центре окружности девяти точек.
Если AB=AC
, то точки A'
 и A_{1}
 совпадают, поэтому прямая A'A''
 содержит высоту треугольника ABC
 и проходит через точку O
, а значит, проходит через середину отрезка OH
, т. е. через центр окружности девяти точек (см. задачу 174).
Пусть AB\ne AC
, M
 — середина стороны BC
, K
 — середина отрезка AH
, а N
 — точка пересечения A'A''
 и KM
. Поскольку AK=OM
 (см. задачу 1257) и OM\perp BC
 (см. задачу 1676), противоположные стороны AK
 и OM
 четырёхугольника AKMO
 равны и параллельны. Значит, это параллелограмм, и тогда KM\parallel AA_{1}
.
Медиана A'A''
 прямоугольного треугольника AA'A_{1}
 делит пополам отрезок KM
 (см. задачу 2607), т. е. N
 — середина отрезка KM
, а значит, центр описанной окружности прямоугольного треугольника KA'M
. Эта окружность проходит через середину M
 стороны BC
 треугольника ABC
, основание A'
 высоты этого треугольника и середину K
 отрезка AH
, а значит, совпадает с окружностью девяти точек треугольника ABC
 (см. задачу 174). Следовательно, прямая A'A''
 проходит через центр N
 окружности девяти точек.
Аналогично докажем, что прямые B'B''
 и C'C''
 тоже проходят через точку N
. Отсюда следует утверждение задачи.
Источник: Журнал «Crux Mathematicorum». — 2019, № 10, задача 4441, с. 568