6680. На стороне
AD
выпуклого четырёхугольника
ABCD
нашлась такая точка
M
, что
CM
и
BM
параллельны
AB
и
CD
соответственно. Докажите, что
S_{ABCD}\geqslant3S_{\triangle BCM}
.
Решение. Так как
\angle ABM=\angle BMC=\angle MCD
, то
\frac{S_{\triangle ABM}}{S_{\triangle BMC}}=\frac{AB}{MC}~\mbox{и}~\frac{S_{\triangle BMC}}{S_{\triangle CMD}}=\frac{BM}{CD}.

Но треугольники
ABM
и
MCD
подобны, так что эти отношения равны. Значит,
S^{2}_{\triangle BMC}=S_{\triangle ABM}\cdot S_{\triangle MCD}
. Применив неравенство о среднем арифметическом и среднем геометрическом, получим, что
S_{ABCD}=S_{\triangle BCM}+S_{\triangle ABM}+S_{\triangle MCD}~\geqslant~

\geqslant~S_{\triangle BCM}+2\sqrt{S_{\triangle ABM}\cdot S_{\triangle MCD}}=

=S_{\triangle BCM}+2S_{\triangle BCM}=3S_{\triangle BCM}.