Задача к ЕГЭ на тему «из прошлых лет» №109

Окружность с центром O  построена на боковой стороне AB  равнобедренной трапеции ABCD  как на диаметре. Эта окружность касается стороны CD  и второй раз пересекает большее основание AD  в точке N.  Точка M  — середина CD.

а) Докажите, что OMDN  — параллелограмм.

б) Найдите AD,  если          ∘ ∠BAD  = 75 и BC  = 4.

а) ON  = OA  — как радиусы. Так как трапеция ABCD  равнобедренная, то

      CD-   AB- MD  =  2  =  2  =OA  =ON.

OA = ON,  следовательно, ∠OAN  = ∠ONA.  Так как ABCD  — равнобедренная трапеция, то ∠OAN  = ∠MDA,  значит, ∠ONA  =∠MDA,  тогда ON ∥MD.

PIC

В итоге стороны ON  и MD  четырёхугольника OMDN  равны и параллельны, следовательно, OMDN  — параллелограмм.

б) Способ 1

Пусть P  — точка касания окружности со стороной CD,  а S  — точка пересечения продолжения боковых сторон AB  и CD  трапеции ABCD.

Рассмотрим треугольник ASD.  В нём ∠SAD  = ∠SDA,  так как трапеция ABCD  — равнобедренная. Значит, по сумме углов треугольника ASD :

          ∘                    ∘             ∘      ∘    ∘ ∠ASD  = 180  − ∠SAD − ∠SDA = 180 − 2∠SAD  =180 − 2⋅75 = 30 .

Рассмотрим треугольник SPO.  В нём ∠OSP  = 30∘,  а ∠SP O = 90∘,  так как радиус OP  перпендикулярен касательной CD,  к которой проведён. Таким образом, SPO  — прямоугольный треугольник с углом в 30∘.

PIC

Значит, катет OP  в два раза меньше гипотенузы SO.  Заметим, что OP = AO  как радиусы, следовательно,

SO = 2OP  = 2AO.

С другой стороны, SO = SB +BO  и AO  =BO,  а значит

2AO = SO = SB +BO   ⇒   AO  =SB.

Рассмотрим треугольники BSC  и ASD.  Они подобны по двум углам, так как BC  ∥AD.  Запишем их отношение подобия:

BC-= SB-  ⇒    AD = BC ⋅ SA-= 4⋅3 = 12. AD   SA                 SB

Способ 2

           AD + BC    AD                AD ND = OM  = ----2--- = -2-+ 2  ⇒   AN  = -2-− 2, ND  = AN + 4.

Пусть B ′ – проекция точки B  на AD,  тогда

   ′  AD-−-BC-  AD- AB  =    2    =  2  − 2= AN ,

следовательно, точки B′ и N  совпадают и BN  ⊥AD.

Пусть радиус данной окружности равен r,  BN  =h,  тогда из треугольника ABN  :

                        h AN2 = 4r2 − h2,  AN  = tg75∘

Пусть P  — точка касания данной окружности и CD,  тогда OP ⊥ CD.  Так как внутренние накрест лежащие углы при параллельных прямых и секущей равны, то

∠P MO  =∠MON   = ∠ONA  = ∠OAN  = 75∘ .

Таким образом, прямоугольные треугольники POM  и ABN  подобны по острому углу, следовательно,

OP--= OM--    ⇒     r= AN--+4 . BN    AB            h    2r

Найдём tg 75∘ при помощи формулы тангенса половинного угла:

            ∘         ∘       1 tg75∘ = tg 150-=-sin-150--∘ =---2√- = --1√--.            2    1+ cos150   1 − 23   2−  3

Тогда

         √ -         √ -                        √- AN  = (2 −  3)h,    (2 −  3)2h2 =4r2− h2,   r-= (2−--3)h+-4 ,                                         h        2r

откуда     ∘ ------ r = h 2− √3-  ,

2r2 = (2 − √3-)h2 +4h ⇒    (2− √3-)h2 =4h   ⇒   h= --4√--,                                               2−   3

тогда AN = 4,  откуда ND  = 8,  следовательно, AD = 12.

Оцените статью
Я решу все!