6090. Докажите, что угол между прямыми Симсона, соответствующими двум точкам описанной окружности треугольника, равен половине дуги между этими точками.
Решение. Докажем сначала следующее утверждение. Если
M
— точка окружности, описанной около треугольника
ABC
, а прямая, проходящая через
M
перпендикулярно
BC
, вторично пересекает окружность в точке
N
, то прямая Симсона, соответствующая точке
M
, параллельна прямой
AN
.
Рассмотрим случай, изображённый на рисунке 1 (точка
M
лежит на дуге, не содержащей точки
A
, точки
A
и
B
лежат по одну сторону от прямой
MN
, точка
C
— по другую). Пусть
M_{1}
,
M_{2}
и
M_{3}
— основания перпендикуляров, опущенных из точки
M
на прямые
AB
,
AC
и
BC
соответственно. Тогда точки
M_{1}
,
M_{2}
и
M_{3}
лежат на одной прямой — прямой Симсона (см. задачу 83), а точка
M_{3}
— на прямой
MN
.
Вписанные углы
ANM
и
ACM
опираются на одну и ту же дугу, поэтому
\angle ANM=\angle ACM
. Из точек
M_{2}
и
M_{3}
отрезок
CM
виден под прямым углом, значит, эти точки лежат на окружности с диаметром
MC
, поэтому четырёхугольник
CM_{2}M_{3}M
— вписанный. Тогда
\angle NM_{3}M_{2}=180^{\circ}-\angle MM_{3}M_{2}=\angle MCM_{2}=\angle ACM=\angle ANM.

Следовательно,
AN\parallel M_{2}M_{3}
. Что и требовалось доказать. Аналогично для остальных случаев.
Пусть теперь
P
— ещё одна точка, лежащая на описанной окружности треугольника
ABC
(рис. 2),
P_{1}
— основание перпендикуляра, опущенного из
P
на прямую
BC
,
Q
— отличная от
P
точка пересечения прямой
PP_{1}
с окружностью. Тогда по доказанному прямые Симсона точек
M
и
P
соответственно параллельны прямым
AN
и
AQ
. Значит, угол между этими прямыми Симсона равен углу между прямыми
AN
и
AQ
, т. е. вписанному углу
NAQ
, равному половине дуги
NQ
, на которую этот угол опирается. Поскольку дуги, заключённые между параллельными хордами, равны, угол
NAQ
равен половине дуги
MP
.
Примечание. Утверждение задачи равносильно следующему. Если точка
M
движется по описанной окружности треугольника, то прямая Симсона, соответствующая этой точке, поворачивается на угол, равный половине угловой величины дуги, пройденной точкой
P
.