4694. Точки
M
и
N
— середины сторон
AB
и
CD
выпуклого четырёхугольника
ABCD
с диагоналями
BD
и
AC
. Докажите, что:
а)
MN\lt\frac{BD+AC}{2}
;
б)
MN\leqslant\frac{BC+AD}{2}
.
Решение. Пусть
M
и
N
— середины сторон
AB
и
CD
соответственно.
а) Отметим на стороне
AD
её середину
K
. Тогда
MK
и
NK
— средние линии треугольников
ABD
и
ACD
, поэтому
MK=\frac{1}{2}BD
и
NK=\frac{1}{2}AC
. Применив неравенство треугольника к треугольнику
MKN
, получим, что
MN\lt MK+NK=\frac{1}{2}BD+\frac{1}{2}AC=\frac{BD+AC}{2}.

Что и требовалось доказать.
б) На продолжении отрезка
BN
за точку
N
отложим отрезок
NL=BN
. Тогда треугольники
DNL
и
CNB
равны по двум сторонам и углу между ними, значит,
DL=MN
. Кроме того, отрезок
MN
— средняя линия треугольника
ABL
, поэтому
MN=\frac{1}{2}AL
.
Для точек
A
,
D
и
L
верно неравенство
AL\leqslant AD+DL=AD+BC,

причём равенство достигается, когда точка
D
лежит между
A
и
L
. В противном случае
2MN=AL\lt AD+DL=AD+BC.

Следовательно,
MN\lt\frac{AD+BC}{2}
. Что и требовалось доказать.