5251. Дан равнобедренный треугольник ABC
с основанием BC=16
и боковыми сторонами AB=AC=17
. Точка M
лежит на стороне AB
, причём AM:MB=3:2
. Через точку M
проведена прямая, касающаяся окружности радиуса 3, вписанной в угол ACB
. В каком отношении эта прямая делит площадь треугольника ABC
?
Ответ. 9:16
или 16:49
.
Решение. Пусть AH
— высота треугольника ABC
. Тогда
AH=\sqrt{AB^{2}-BH^{2}}=\sqrt{289-64}=15.
Радиус окружности, вписанной в прямоугольный треугольник ACH
, равен
\frac{1}{2}(AH+CH-AC)=\frac{1}{2}(15+8-17)=3
(см. задачу 217), значит, окружность, о которой говорится в условии задачи, — это вписанная окружность прямоугольного треугольника ACH
.
Прямая, проходящая через точку M
и касающаяся этой окружности, пересекает либо боковую сторону AC
(рис. 1), либо основание BC
(рис. 2).
Заметим, что расстояние между прямой, проходящей через точку M
параллельно BC
, и прямой BC
равно \frac{2}{5}
высоты AH
, т. е. диаметру окружности, значит, эта прямая — одна из указанных касательных. Пусть она пересекает боковую сторону AC
в точке T
. Тогда
\frac{S_{\triangle AMT}}{S_{\triangle ABC}}=\frac{9}{25}.
В этом случае искомое отношение равно \frac{9}{16}
.
Рассмотрим второй случай. Пусть O
— центр окружности, L
— проекция точки M
на сторону BC
, N
— точка пересечения касательной с основанием BC
; F
, P
и Q
— точки касания окружности с прямыми BC
, MN
и MT
соответственно. Тогда
QM=FL=FH+HL=FH+\frac{3}{5}\cdot BH=3+\frac{3}{5}\cdot8=\frac{39}{5}.
Обозначим, \angle OMP=\angle OMQ=\alpha
. Тогда \angle MNL=\angle NMQ=2\alpha
, а так как \tg\alpha=\frac{OQ}{QM}=\frac{3}{\frac{39}{5}}=\frac{5}{13}
, то
\tg2\alpha=\frac{2\tg\alpha}{1-\tg^{2}\alpha}=\frac{2\cdot\frac{5}{13}}{1-\frac{25}{169}}=\frac{65}{72}.
Из прямоугольного треугольника MLN
находим, что LN=ML\ctg2\alpha=6\cdot\frac{72}{65}=\frac{432}{65}
, поэтому
BN=BL+LN=\frac{2}{5}\cdot8+\frac{432}{65}=\frac{128}{13},~\frac{BN}{BC}=\frac{\frac{128}{13}}{16}=\frac{8}{13}.
Следовательно,
\frac{S_{\triangle MBN}}{S_{\triangle ABC}}=\frac{BM}{AB}\cdot\frac{BN}{BC}=\frac{2}{5}\cdot\frac{8}{13}=\frac{16}{65},
а искомое отношение равно \frac{16}{49}
.