1911. Четырёхугольник
ABCD
, диагонали которого взаимно перпендикулярны, вписан в окружность с центром
O
. Найдите расстояние от точки
O
до стороны
AB
, если известно, что
CD=a
.
Ответ.
\frac{1}{2}a
.
Указание. Проведите диаметр
DD_{1}
.
Решение. Первый способ. Проведём диаметр
DD_{1}
. Тогда
\angle DBD_{1}=90^{\circ}
, поэтому
BD_{1}\parallel AC
, значит,
CD_{1}=AB
. Перпендикуляр, опущенный из центра
O
на хорду
CD_{1}
, проходит через середину
M
этой хорды, поэтому
OM
— средняя линия треугольника
DD_{1}C
,
OM=\frac{1}{2}CD=\frac{1}{2}a
. Поскольку равные хорды равноудалены от центра окружности, то расстояние от центра окружности до хорды
AB
также равно
\frac{1}{2}a
.
Второй способ. Опустим перпендикуляр
OM
из центра окружности на сторону
CD
. Обозначим
\angle DOM=\alpha
,
\angle ACB=\beta
. Тогда (см. задачу 25)
90^{\circ}=\frac{\smile CD+\smile AB}{2}=\frac{2\alpha+2\beta}{2}=\alpha+\beta.

Пусть радиус окружности равен
R
. Тогда
OM=OD\cos\angle DOM=R\cos\alpha=R\cos(90^{\circ}-\beta)=R\sin\beta=

=\frac{1}{2}\cdot2R\sin\beta=\frac{1}{2}AB.

Что и требовалось доказать.

Примечание. Верно и обратное: если во вписанном четырёхугольнике
ABCD
расстояние от центра
O
окружности до стороны
CD
вдвое меньше стороны
AB
, то диагонали четырёхугольника перпендикулярны.
Доказательство. Опустим перпендикуляр
OM
из центра окружности на сторону
CD
. Обозначим
\angle DOM=\alpha
,
\angle ACB=\beta
. Тогда
OM=OD\cos\angle DOM=R\cos\alpha,

а так как по теореме синусов
2R\sin\beta=AB=2OM=2\cdot R\cos\alpha,

то
\sin\alpha=\sin\beta
. Тогда угол между диагоналями четырёхугольника равен
\frac{\smile CD+\smile AB}{2}=\frac{2\alpha+2\beta}{2}=\alpha+\beta=90^{\circ}.

Что и требовалось доказать.