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