6144. Задача Люилье. Пусть
r
— радиус вписанной окружности, а
r_{a}
,
r_{b}
и
r_{c}
— радиусы вневписанных окружностей треугольника
ABC
, касающихся сторон
BC=a
,
AC=b
,
AB=c
соответственно;
S
— площадь треугольника
ABC
. Докажите, что
а)
\frac{1}{r}=\frac{1}{r_{a}}+\frac{1}{r_{b}}+\frac{1}{r_{c}}
; б)
S=\sqrt{rr_{a}r_{b}r_{c}}
.
Решение. а) Известно, что
S=pr
, где
p
— полупериметр треугольника, поэтому
\frac{1}{r}=\frac{p}{S}
. Пусть
O
— центр окружности радиуса
r_{a}
, касающейся стороны
BC=a
треугольника
ABC
в точке
Q
, а продолжений сторон
AB=c
и
AC=b
— в точках
M
и
N
соответственно. Тогда
S=S_{\triangle AOB}+S_{\triangle AOC}-S_{\triangle BOC}=\frac{1}{2}AB\cdot OM+\frac{1}{2}AC\cdot ON-\frac{1}{2}BC\cdot OQ=

=\frac{1}{2}c\cdot r_{a}+\frac{1}{2}b\cdot r_{a}-\frac{1}{2}a\cdot r_{a}=\frac{c+b-a}{2}r_{a}=(p-a)r_{a}.

Отсюда находим, что
r_{a}=\frac{S}{p-a}
. Аналогично,
r_{b}=\frac{S}{p-b}
и
r_{c}=\frac{S}{p-c}
, поэтому
\frac{1}{r_{a}}+\frac{1}{r_{b}}+\frac{1}{r_{c}}=\frac{p-a}{S}+\frac{p-b}{S}+\frac{p-c}{S}=\frac{p-a+p-b+p-c}{S}=\frac{3p-2p}{S}=\frac{p}{S}=\frac{1}{r}.

б) По формуле Герона
S=\sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)}=\sqrt{\frac{S}{r}\cdot\frac{S}{r_{a}}\cdot\frac{S}{r_{b}}\cdot\frac{S}{r_{c}}}=\sqrt{\frac{S^{4}}{rr_{a}r_{b}r_{c}}}=\frac{S^{2}}{\sqrt{rr_{a}r_{b}r_{c}}}.

Отсюда находим, что
\sqrt{rr_{a}r_{b}r_{c}}=S
. Что и требовалось доказать.
Источник: Ефремовъ Д. Д. Новая геометрiя треугольника. — Одесса, 1902. — № 12, с. 24
Источник: Зетель С. И. Новая геометрия треугольника. — М.: Учпедгиз, 1962. — с. 16
Источник: Моденов П. С. Сборник задач по специальному курсу элементарной математики. — М.: Советская наука, 1957. — № 54, № 71, с. 171
Источник: Пржевальский Е. Собрание геометрических теорем и задач. — М.: Типография Г. Лисснера и Д. Собко, 1909. — № 99, № 100, с. 145
Источник: Кокстер Г. С. М. Введение в геометрию. — М.: Наука, 1966. — № 2, с. 32
Источник: Прасолов В. В. Задачи по планиметрии. — Ч. 1. — М.: Наука, 1991. — № 12.18, № 12.22, с. 303
Источник: Прасолов В. В. Задачи по планиметрии. — 6-е изд. — М.: МЦНМО, 2007. — № 12.19, № 12.23, с. 291
Источник: Понарин Я. П. Элементарная геометрия. — Т. 1: Планиметрия, преобразования плоскости. — М.: МЦНМО, 2004. — п.5.3, с. 46; № 5.11, с. 47
Источник: Куланин Е. Д., Федин С. Н. Геометрия треугольника в задачах: Экспериментальное учебное пособие для 8—10 кл. школ физико-математического направления. — М.: НИИ школ, 1990. — № 16б, № 16в, с. 57