16377. Медианы треугольника ABC
, проведённые к сторонам BC=a
, CA=b
и AB=c
равны m_{a}
, m_{b}
и m_{c}
соответственно, G
— точка пересечения медиан. Лучи AG
, BG
и CG
пересекают описанную окружность треугольника ABC
в точках A_{1}
, B_{1}
и C_{1}
соответственно. Докажите, что
\frac{S_{\triangle A_{1}B_{1}C_{1}}}{S_{\triangle ABC}}=\frac{(a^{2}+b^{2}+c^{2})^{3}}{(8m_{a}m_{b}m_{c})^{2}}.
Решение. Пусть O
— центр окружности радиуса R
, описанной около треугольника ABC
. Обозначим B_{1}C_{1}=a_{1}
, C_{1}A_{1}=b_{1}
и A_{1}B_{1}=c_{1}
. Из подобия треугольников GAB
и GB_{1}A_{1}
получаем, что
\frac{A_{1}B_{1}}{BA}=\frac{GB_{1}}{GA},~\mbox{или}~\frac{c_{1}}{c}=\frac{GB_{1}}{GA},
а так как
GB_{1}\cdot GB=R^{2}-OG^{2}
(см. задачу 2635), то
c_{1}=c\cdot\frac{GB_{1}}{GA}=c\cdot\frac{GB_{1}\cdot GB}{GA\cdot GB}=c\cdot\frac{R^{2}-OG^{2}}{GA\cdot GB}.
Аналогично,
a_{1}=a\cdot\frac{R^{2}-OG^{2}}{GB\cdot GC},~b_{1}=b\cdot\frac{R^{2}-OG^{2}}{GC\cdot GA}.
Значит (см. задачу 4259),
\frac{S_{\triangle A_{1}B_{1}C_{1}}}{S_{\triangle ABC}}=\frac{(R^{2}-OG^{2})^{3}}{(GA\cdot GB\cdot GC)^{2}}.
Поскольку (см. задачу 3967)
OG^{2}=R^{2}-\frac{1}{9}(a^{2}+b^{2}+c^{2}),
то
R^{2}-OG^{2}=R^{2}-\left(R^{2}-\frac{1}{9}(a^{2}+b^{2}+c^{2})\right)=\frac{1}{9}(a^{2}+b^{2}+c^{2}),
GA\cdot GB\cdot GC=\frac{2}{3}m_{a}\cdot\frac{2}{3}m_{b}\cdot\frac{2}{3}m_{c}^{2}.
Следовательно
\frac{S_{\triangle A_{1}B_{1}C_{1}}}{S_{\triangle ABC}}=\frac{\left(\frac{1}{9}(a^{2}+b^{2}+c^{2})\right)^{3}}{\left(\frac{2}{3}m_{a}\cdot\frac{2}{3}m_{b}\cdot\frac{2}{3}m_{c}^{2}\right)^{2}}=\frac{\frac{1}{9^{3}}(a^{2}+b^{2}+c^{2})^{3}}{\frac{1}{9^{3}}(8m_{a}m_{b}m_{c})^{2}}=\frac{(a^{2}+b^{2}+c^{2})^{3}}{(8m_{a}m_{b}m_{c})^{2}}.
Примечание. Если применить равенство
\frac{a^{2}+b^{2}+c^{2}}{m_{a}^{2}+m_{b}^{2}+m_{c}^{2}}=\frac{3}{4}
(см. задачу 4047), то получим, что
\frac{S_{\triangle A_{1}B_{1}C_{1}}}{S_{\triangle ABC}}=\frac{(m_{a}^{2}+m_{b}^{2}+m_{c}^{2})^{3}}{27(m_{a}m_{b}m_{c})^{2}}.
Источник: Журнал «Crux Mathematicorum». — 2020, № 2, задача 4465, с. 88