3282. Через точку
K
, данную на стороне
AB
треугольника
ABC
, проведите прямую так, чтобы она разделила площадь треугольника в отношении
1:2
.
Указание. Диагонали разбивают трапецию на четыре треугольника. Четырёхугольники, прилежащие к боковым сторонам равновелики.
Решение. Если точка
K
делит сторону
AB
в отношении
AK:KB=1:2
, то одно из решений даёт прямая
CK
(рис. 1), так как
S_{\triangle AKC}:S_{\triangle BKC}=AK:KC=1:2,

а второе — прямая
KL
, где
L
— середина сторона
BC
(рис. 2), так как
S_{\triangle BKL}=\frac{1}{2}S_{\triangle AKC}=\frac{1}{2}\cdot\frac{2}{3}S_{\triangle ABC}=\frac{1}{3}S_{\triangle ABC}.

Пусть
P
— точка на стороне
AB
, для которой
AP:PB=1:2
, а точка
K
лежит между
A
и
P
. Первое решение даёт прямая, проходящая через точку
P
параллельно
CK
(рис. 3). Эта прямая пересекает сторону
BC
. Пусть
M
— точка пересечения,
O
— точка пересечения диагоналей
CP
и
KM
трапеции
CKPM
. Тогда
S_{\triangle OKP}=S_{\triangle OCM}
(см. задачу 3017) и
S_{\triangle BCP}=\frac{2}{3}S_{\triangle ABC}
, поэтому
S_{\triangle BKM}=S_{BPOM}+S_{\triangle OKP}=S_{BPOM}+S_{\triangle OCM}=S_{\triangle BPC}=\frac{2}{3}S_{\triangle ABC}.

Следовательно,
S_{AKMC}:S_{\triangle BKM}=1:2
.
Второе решение даёт прямая, проходящая через точку
Q
(
AQ:QB=2:1
) параллельно
CK
(рис. 4). Эта прямая пересекает сторону
BC
некоторой точке
N
. Пусть
T
— точка пересечения диагоналей
CQ
и
KN
трапеции
CKQN
. Тогда
S_{\triangle TKQ}=S_{\triangle TCN},~S_{\triangle BCQ}=\frac{1}{3}S_{\triangle ABC},

поэтому
S_{\triangle BKN}=S_{BQTN}+S_{\triangle TKQ}=S_{BQTN}+S_{\triangle TCN}=S_{\triangle BCQ}=\frac{1}{3}S_{\triangle ABC}.

Следовательно,
S_{\triangle BKN}:S_{AKNC}=1:2
.
Аналогично для остальных случаев расположения точки
K
на стороне
AB
.
Примечание. Аналогично решается задача для любого данного отношения площадей.