2314. Окружности \Omega_{1}
 и \Omega_{2}
 пересекаются в точках A
 и B
. Через точку B
 проведена прямая, вторично пересекающая окружности \Omega_{1}
 и \Omega_{2}
 в точках K
 и M
. Прямая l_{1}
 касается окружности \Omega_{1}
 в точке Q
 и параллельна AM
. Прямая QA
 вторично пересекает окружность \Omega_{2}
 в точке R
. Докажите, что:
а) касательная l_{2}
, проведённая к окружности \Omega_{2}
 в точке R
, параллельна AK
;
б) прямые l_{1}
, l_{2}
 и KM
 имеют общую точку.
Решение. Рассмотрим случай, изображённый на рисунке. Пусть прямые MK
 и l_{1}
 пересекаются в точке P
. Прямые AM
 и PQ
 параллельны, поэтому \angle AMP=\angle MPQ
. Вписанные в окружность \Omega_{2}
 углы ARB
 и AMB
 опираются на одну и ту же дугу, поэтому \angle ARB=\angle AMB
. Тогда
\angle BPQ=\angle MPQ=\angle AMB=\angle ARB=\angle BRQ.
 Из точек P
 и R
, лежащих по одну сторону от прямой BQ
, отрезок BQ
 виден под одним и тем же углом, значит, точки P
, R
, Q
 и B
 лежат на одной окружности. Вписанные в эту окружность углы PRQ
 и PBQ
 опираются на одну и ту же дугу. Вписанные в окружность \Omega_{1}
 углы KAQ
 и KBQ
 также опираются на одну и ту же дугу. Значит,
\angle KAQ=\angle KBQ=\angle PBQ=\angle PRQ.
 Следовательно, AK\parallel PR
.
Докажем, что прямая PR
 касается окружности \Omega_{2}
. Отсюда будет следовать решение обоих пунктов нашей задачи (точка P
 будет общей точкой прямых l_{1}
, l_{2}
 и KM
).
Достаточно доказать, что \angle ARP=\angle ABR
. Тогда из теоремы, обратной теореме об угле между касательной и хордой (см. задачу 144), будет следовать, что прямая PR
, параллельная AK
, касается окружности \Omega_{2}
.
В свою очередь, равенство этих углов равносильно равенству углов ABQ
 и KBR
, а так как \angle ABQ=180^{\circ}-\angle AKQ
 и \angle KBR=180^{\circ}-\angle MBR
, то достаточно доказать, что \angle AKQ=\angle MBR
.
Докажем это равенство. Пусть T
 — точка на продолжении PQ
 за точку Q
. Из теоремы об угле между касательной и хордой и параллельности прямых PQ
 и AM
 следует, что
\angle AKQ=\angle AQT=180^{\circ}-\angle QAM=\angle MAR=\angle MBR.
 Что и требовалось доказать. Аналогично для остальных случаев

Примечание. Разбора всех возможных случаев можно избежать, если рассматривать ориентированные углы.
Автор: Протасов В. Ю.
Источник: Турнир городов. — 2002-2003, XXIV, осенний тур, старшие классы, основной вариант