2983. Через точку O
 пересечения биссектрис треугольника ABC
 проведена прямая MN
 перпендикулярно CO
, причём точки M
 и N
 лежат на сторонах AC
 и BC
 соответственно. Прямые AO
 и BO
 пересекают описанную окружность треугольника ABC
 в точках A'
 и B'
. Докажите, что точка пересечения прямых A'N
 и B'M
 лежит на описанной окружности.
Указание. Проведите диаметр PQ
 окружности ABC
 (точки C
 и Q
 лежат по одну сторону от прямой AB
). Пусть луч QO
 пересекает окружность в точке L
, а отрезки LB'
 и AC
 пересекаются в точке M_{1}
. Докажите, что точка M_{1}
 совпадает с M
.
Решение. Проведём диаметр PQ
 окружности ABC
 (точки C
 и Q
 лежат по одну сторону от прямой AB
). Пусть луч QO
 пересекает окружность в точке L
, а отрезки LB'
 и AC
 пересекаются в точке M_{1}
. Докажем, что OM_{1}\perp CO
.
Обозначим углы треугольника ABC
 через \alpha
, \beta
 и \gamma
 соответственно, а дугу CQ
 через x
. Центр O
 вписанной окружности треугольника ABC
 — точка пересечения его биссектрис, поэтому точки P
 и B'
 — середины дуг AB
 и AC
,
\smile AP=\gamma,~\smile AB'=\smile B'C=\beta,
 значит,
\gamma+2\beta+x=180^{\circ},
 откуда
x=180^{\circ}-\gamma-2\beta=\alpha+\beta-2\beta=\alpha-\beta.
 Следовательно,
\angle QLB'=\frac{1}{2}\smile B'Q=\frac{1}{2}(\beta+x)=\frac{1}{2}(\beta+(\alpha-\beta))=\frac{\alpha}{2}=\angle M_{1}AO.
Из точек L
 и A
, лежащих по одну сторону от прямой OM_{1}
, отрезок OM_{1}
 виден под одним и тем же углом (\frac{\alpha}{2}
), значит, точки L
, A
, O
 и M_{1}
 лежат на одной окружности. Вписанные в эту окружность углы ALM_{1}
 и AOM_{1}
 опираются на одну и ту же дугу, поэтому
\angle AOM_{1}=\angle ALM_{1}=\angle ALB'=\frac{1}{2}\smile AB'=\frac{\beta}{2}.
 По теореме о внешнем угле треугольника
\angle OM_{1}C=\angle OAM_{1}+\angle AOM_{1}=\frac{\alpha}{2}+\frac{\beta}{2},
 поэтому
\angle COM_{1}=180^{\circ}-\angle OM_{1}C-\angle OCM_{1}=180^{\circ}-\left(\frac{\alpha}{2}+\frac{\beta}{2}\right)-\frac{\gamma}{2}=90^{\circ}.
 Что и требовалось доказать.
Следовательно, точка M_{1}
 совпадает с M
. Аналогично точка N_{1}
 пересечения LA'
 и BC
 совпадает с N
. Отсюда следует утверждение задачи.
Источник: Прасолов В. В. Задачи по планиметрии. — Ч. 1. — М.: Наука, 1991. — № 2.49, с. 36
Источник: Прасолов В. В. Задачи по планиметрии. — 6-е изд. — М.: МЦНМО, 2007. — № 2.52, с. 36