Четырёхугольник ABCD со сторонами AB=25 и CD=16 вписан в окружность. Диагонали AC и BD пересекаются в точке K, причём ∠AKB=60°. Найдите радиус окружности, описанной около этого четырёхугольника.
Ваше решениедо 2 баллов
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение.
1) Рассмотрим треугольники AKB и DKC. Углы BAC и BDC равны, так как они являются вписанными и опираются на одну и ту же дугу BC. Аналогично, углы ABD и ACD равны, так как опираются на дугу AD. Следовательно, треугольники AKB и DKC подобны по двум углам.
2) Из подобия треугольников следует отношение соответствующих сторон:
CDAB=DKAK=CKBK.
Подставим известные значения сторон: 1625=DKAK=CKBK.
Отсюда можно выразить: AK=1625DK и BK=1625CK.
3) Рассмотрим треугольник BKC. Угол BKC смежный с углом AKB, поэтому ∠BKC=180∘−∠AKB=180∘−60∘=120∘.
По теореме косинусов для треугольника BKC:
BC2=BK2+CK2−2⋅BK⋅CK⋅cos(120∘).
Так как cos(120∘)=−0,5, получаем:
BC2=BK2+CK2+BK⋅CK.
4) Рассмотрим треугольник AKD. Угол AKD вертикальный с углом BKC, значит ∠AKD=120∘.
По теореме косинусов для треугольника AKD:
AD2=AK2+DK2−2⋅AK⋅DK⋅cos(120∘)=AK2+DK2+AK⋅DK.
Подставим выражения для AK и BK через DK и CK:
AD2=(1625DK)2+DK2+1625DK2=DK2⋅(256625+1+1625)=DK2⋅256625+256+400=2561281DK2.
5) Воспользуемся обобщенной теоремой синусов для треугольника ABC. Радиус R описанной окружности равен:
R=2sin(∠ACB)AB.
Из треугольника BKC по теореме синусов: sin(120∘)BC=sin(∠ACB)BK, откуда sin(∠ACB)=BCBK⋅sin(120∘).
Тогда R=2⋅BK⋅sin(120∘)AB⋅BC.
6) Существует более изящный способ через теорему синусов для хорд. Заметим, что в любом вписанном четырёхугольнике угол между диагоналями α связан с его сторонами и радиусом формулой:
AB⋅CD+BC⋅AD=4R2sin2(2α) — это сложно. Воспользуемся свойством:
В треугольнике AKB по теореме косинусов: AB2=AK2+BK2−2AK⋅BKcos(60∘)=AK2+BK2−AK⋅BK.
Пусть AK=25x,BK=25y,CK=16y,DK=16x.
Тогда 252=(25x)2+(25y)2−25x⋅25y⇒1=x2+y2−xy.
Сторона BC в треугольнике BKC: BC2=(25y)2+(16y)2−2⋅25y⋅16ycos(120∘)=625y2+256y2+400y2=1281y2.
По теореме синусов для треугольника ABC: 2R=sin(∠BAC)BC.
Из треугольника AKB: sin(∠BAC)BK=sin(60∘)AB⇒sin(∠BAC)=ABBKsin(60∘)=2525y⋅23=2y3.
Тогда 2R=2y31281y=321281=2427.
R=427.
7) Проверим вычисления: 1281:3=427. Число 427 не является полным квадратом (202=400,212=441).