Новый бот от OpenAI пытается решить задачу. Как оно?
(рассуждения)
Отображение настройки
Я ставлю геометрическую задачу с треугольником
![$ABC$ $ABC$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/f/1/bf1e7c123c5e9726ce33581a9d5cbbef82.png)
и вписанной в него окружностью. Точки
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
и
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
— это точки, где окружность касается стороны
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
, и точки, диаметрально противоположной
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
, соответственно. Прямая
![$CQ$ $CQ$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/1/f/01f300bfdbe821bd3fff14c6356d1c1682.png)
пересекает сторону
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
в точке
![$R$ $R$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/e/4/1e438235ef9ec72fc51ac5025516017c82.png)
.
Изучение геометрических соотношений
Довольно интересно, что лемма о прямой, проходящей через вершину и диаметрально противоположную точку к точке касания вписанной окружности, делящей хорду пополам, является ключом к доказательству того, что
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
является серединой
![$PR$ $PR$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/b/2/3b27c0cd5f532031dfb60b436c2fed5a82.png)
.
Соединение геометрических точек
В подходе инверсии размышление о том, как
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
является серединой
![$PR$ $PR$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/b/2/3b27c0cd5f532031dfb60b436c2fed5a82.png)
, включает анализ перпендикулярных линий и диаметров в геометрии треугольника.
Принятие системы координат
Установка координат для
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
и размещение точки касания вписанной окружности на
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
помогает анализировать геометрические соотношения. Этот подход упрощает изучение свойства средней точки треугольника.
Пристальный взгляд
Я собираю воедино то, как вписанный центр
![$I$ $I$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/1/f/21fd4e8eecd6bdf1a4d3d6bd1fb8d73382.png)
и вписанная окружность уникальным образом влияют на
![$\triangle ABC$ $\triangle ABC$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/e/8/b/e8b9e9765aa728be542ee7864d758d7382.png)
, особенно фокусируясь на отношениях треугольников и точке касания
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
.
Сборка геометрических идей
Если
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
находится напротив
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
на вписанной окружности,
![$I$ $I$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/1/f/21fd4e8eecd6bdf1a4d3d6bd1fb8d73382.png)
,
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
и
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
выровнены на одной прямой, а
![$R = CQ \cap AB$ $R = CQ \cap AB$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/6/4/f/64f4eb198c87c915e3b724e3ad356a7e82.png)
, то
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
как середина
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
также является серединой
![$PR$ $PR$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/b/2/3b27c0cd5f532031dfb60b436c2fed5a82.png)
.
Соединение точек
Утверждая, что
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
является средней точкой
![$PR$ $PR$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/b/2/3b27c0cd5f532031dfb60b436c2fed5a82.png)
, и связывая гармоники и инверсии, выявляются новые геометрические отношения. Этот подход проливает свет на связь
![$PR$ $PR$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/b/2/3b27c0cd5f532031dfb60b436c2fed5a82.png)
с
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
.
Исследование геометрического взаимодействия
Размышляя о перпендикулярных линиях, лемме о вписанном-внецентральном центре и гомотетии, я размышляю о том, чтобы отразить треугольник
![$C$ $C$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/b/3/9b325b9e31e85137d1de765f43c0f8bc82.png)
относительно середины
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
, чтобы установить связи между
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
,
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
и
![$R$ $R$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/e/4/1e438235ef9ec72fc51ac5025516017c82.png)
.
Изучение симметрии
Мне интересно узнать о вписанной окружности, вписанной в
![$\triangle ABC'$ $\triangle ABC'$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/e/2/7/e27d86f94fc23de9b7e696d531f8277e82.png)
, включая пересечения с
![$C'P$ $C'P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/8/a/18aa77df79de37d51f5abad4a2832e8f82.png)
и ее симметрии относительно прямой
![$I$ $I$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/1/f/21fd4e8eecd6bdf1a4d3d6bd1fb8d73382.png)
, перпендикулярной
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
. Продвигаясь по этим связям, я нахожу новые идеи.
Связывание геометрических элементов
Я связываю
![$CQ$ $CQ$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/1/f/01f300bfdbe821bd3fff14c6356d1c1682.png)
,
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
,
![$R$ $R$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/e/4/1e438235ef9ec72fc51ac5025516017c82.png)
и
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
с известными леммами, чтобы показать, что середина
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
треугольника
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
совпадает с серединой
![$FR$ $FR$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/a/8/7/a87a83aae3963518602c43078ba38ab182.png)
.
Связывание геометрических идей
Хорошо, дайте-ка подумать. Я связываю существующие леммы, чтобы показать, что
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
является средней точкой
![$PR$ $PR$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/b/2/3b27c0cd5f532031dfb60b436c2fed5a82.png)
, исследуя пересечения, точки касания и геометрические отношения внутри
![$\triangle ABC$ $\triangle ABC$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/e/8/b/e8b9e9765aa728be542ee7864d758d7382.png)
.
Связывание сегментов
Я связываю геометрические принципы, чтобы продемонстрировать, что
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
является средней точкой
![$PR$ $PR$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/b/2/3b27c0cd5f532031dfb60b436c2fed5a82.png)
, исследуя пересекающиеся линии и симметрию внутри
![$\triangle ABC$ $\triangle ABC$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/e/8/b/e8b9e9765aa728be542ee7864d758d7382.png)
.
Установление отражения
Я прихожу к выводу, что отражение точки
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
через среднюю точку
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
треугольника
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
дает точку
![$R$ $R$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/e/4/1e438235ef9ec72fc51ac5025516017c82.png)
, учитывая, что
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
и
![$R$ $R$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/e/4/1e438235ef9ec72fc51ac5025516017c82.png)
равноудалены от точки касания
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
на вписанной окружности.
Установление коллинеарности
Я показываю, что отражение
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
относительно
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
и обеспечение того, что
![$R'$ $R'$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/f/7/3f7faaf2374da9d8c2895dcae8848ecc82.png)
лежит на прямой
![$CQ$ $CQ$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/1/f/01f300bfdbe821bd3fff14c6356d1c1682.png)
, может включать координатную геометрию или гармонические деления, чтобы доказать, что
![$C$ $C$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/b/3/9b325b9e31e85137d1de765f43c0f8bc82.png)
,
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
и
![$R'$ $R'$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/f/7/3f7faaf2374da9d8c2895dcae8848ecc82.png)
коллинеарны.
Использование преобразований
Мне интересно, как использовать преобразование координат или инверсию, чтобы продемонстрировать, что отражение
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
относительно
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
гарантирует, что
![$R'$ $R'$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/f/7/3f7faaf2374da9d8c2895dcae8848ecc82.png)
лежит на прямой
![$CQ$ $CQ$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/1/f/01f300bfdbe821bd3fff14c6356d1c1682.png)
, считая
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
диаметрально противоположной
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
.
Обеспечение перпендикулярности
Хорошо, дайте подумать: я вычисляю, что
![$IQ$ $IQ$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/e/4/f/e4f860fb19ea34a2e6f6e96453185d3082.png)
перпендикулярна
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
, показывая, что
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
находится на прямой, проходящей через инцентр
![$I$ $I$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/1/f/21fd4e8eecd6bdf1a4d3d6bd1fb8d73382.png)
и перпендикулярной
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
.
Подтверждение перпендикулярности
Хорошо, дайте подумать:
![$IQ$ $IQ$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/e/4/f/e4f860fb19ea34a2e6f6e96453185d3082.png)
перпендикулярна
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
, поскольку
![$IP$ $IP$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/f/1/bf104b16c626a122d855f9808848797282.png)
перпендикулярна
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
, а
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
диаметрально противоположна
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
на вписанной окружности.
Обеспечение перпендикулярности
Хорошо, дайте подумать: отражение точки
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
через середину
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
точки
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
помещает
![$R'$ $R'$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/f/7/3f7faaf2374da9d8c2895dcae8848ecc82.png)
на прямую
![$CQ$ $CQ$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/1/f/01f300bfdbe821bd3fff14c6356d1c1682.png)
, при этом
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
лежит на прямой, проходящей через инцентр
![$I$ $I$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/1/f/21fd4e8eecd6bdf1a4d3d6bd1fb8d73382.png)
и перпендикулярной
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
.
Точное определение координат
Хорошо, дайте-ка подумать:
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
остается горизонтальным, поэтому инцентр
![$I$ $I$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/1/f/21fd4e8eecd6bdf1a4d3d6bd1fb8d73382.png)
находится в точке
![$(x, r)$ $(x, r)$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/3/fb31252a967ac5ce676770b655af811382.png)
. Координаты
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
, будучи диаметрально противоположными
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
, равны
![$(x, 2r)$ $(x, 2r)$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/2/1/321d816e8038dfb8d359887fd81450f582.png)
.
Подтверждение положения Q
Я работаю над отражением
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
относительно
![$I$ $I$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/1/f/21fd4e8eecd6bdf1a4d3d6bd1fb8d73382.png)
, чтобы убедиться, что
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
выровнен в точке
![$(x, 2r)$ $(x, 2r)$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/2/1/321d816e8038dfb8d359887fd81450f582.png)
, подтверждая, что
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
диаметрально противоположен
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
на вписанной окружности, что согласуется с нашими предыдущими выводами.
Сложение координат
Убедившись, что
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
выровнен в точке
![$(x, 2r)$ $(x, 2r)$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/2/1/321d816e8038dfb8d359887fd81450f582.png)
, подтверждаю, что
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
отражается относительно
![$I$ $I$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/1/f/21fd4e8eecd6bdf1a4d3d6bd1fb8d73382.png)
. Поскольку
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
является средней точкой
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
, координаты
![$R$ $R$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/e/4/1e438235ef9ec72fc51ac5025516017c82.png)
равны
![$(-x, 0)$ $(-x, 0)$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/c/7/cc7d93f51cca04686fb3ab6b09e0707582.png)
.
Определение местоположения C
Я копаюсь в координатах
![$C$ $C$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/b/3/9b325b9e31e85137d1de765f43c0f8bc82.png)
. Вписанная окружность касается
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
в
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
и, вероятно, пересекает
![$AC$ $AC$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/a/4/2a4ecd30357cfc233a105aa216f32ff182.png)
и
![$BC$ $BC$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/a/c/faccc919604453276df35f0a8c04107d82.png)
. Для дальнейшего анализа нам нужно точное местоположение
![$C$ $C$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/b/3/9b325b9e31e85137d1de765f43c0f8bc82.png)
.
Выбор параметров треугольника
Я строю треугольник
![$ABC$ $ABC$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/f/1/bf1e7c123c5e9726ce33581a9d5cbbef82.png)
с вписанной окружностью, которая касается
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
в
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
. Очевидно, что координаты
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
находятся в пределах от
![$-a$ $-a$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/f/0/3f082421c7224836916e5d0158439b4b82.png)
до
![$a$ $a$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/4/4/b/44bc9d542a92714cac84e01cbbb7fd6182.png)
.
Работа с касательными
Я строю касательные к вписанной окружности треугольника
![$ABC$ $ABC$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/f/1/bf1e7c123c5e9726ce33581a9d5cbbef82.png)
с горизонтальной точкой
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
,
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
в точке
![$(x, 0)$ $(x, 0)$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/7/6/6/766be628de5866f6c00d9696acbdc43c82.png)
и центром в точке
![$(x, r)$ $(x, r)$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/3/fb31252a967ac5ce676770b655af811382.png)
.
Отражение и пересечение
Я концентрируюсь на отражении точки контакта с одной стороны. Линия, соединяющая противоположную вершину и диаметрально противоположную точку на вписанной окружности, проходит через это отражение.
Отображение отражений
Я проверяю, что
![$R'$ $R'$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/f/7/3f7faaf2374da9d8c2895dcae8848ecc82.png)
лежит на
![$CQ$ $CQ$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/1/f/01f300bfdbe821bd3fff14c6356d1c1682.png)
, исследуя
**Задача.** В треугольнике
![$ABC$ $ABC$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/f/1/bf1e7c123c5e9726ce33581a9d5cbbef82.png)
вписана окружность. Пусть точка
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
— точка касания этой окружности со стороной
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
, а точка
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
— точка на окружности, диаметрально противоположная
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
. Прямая
![$CQ$ $CQ$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/1/f/01f300bfdbe821bd3fff14c6356d1c1682.png)
пересекает
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
в точке
![$R$ $R$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/e/4/1e438235ef9ec72fc51ac5025516017c82.png)
. Докажите, что середина отрезка
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
является серединой отрезка
![$PR$ $PR$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/b/2/3b27c0cd5f532031dfb60b436c2fed5a82.png)
.
---
**Решение.**
Обозначим:
-
![$I$ $I$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/1/f/21fd4e8eecd6bdf1a4d3d6bd1fb8d73382.png)
— центр вписанной окружности;
-
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
— середину отрезка
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
.
Так как
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
— точка касания вписанной окружности со стороной
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
, то касательная в точке
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
к окружности перпендикулярна радиусу
![$IP$ $IP$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/f/1/bf104b16c626a122d855f9808848797282.png)
, то есть
![$$ IP\perp AB. $$ $$ IP\perp AB. $$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/8/1/0811457511bad458f4b1078e0bb7155182.png)
Также поскольку
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
— точка, диаметрально противоположная
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
на окружности, то
![$PQ$ $PQ$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/4/d/c/4dc2cc46a0b93726518c4efa8a7b182082.png)
является диаметром, и
![$I$ $I$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/1/f/21fd4e8eecd6bdf1a4d3d6bd1fb8d73382.png)
является серединой отрезка
![$PQ$ $PQ$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/4/d/c/4dc2cc46a0b93726518c4efa8a7b182082.png)
:
![$$ I = \frac{P+Q}{2}\,. $$ $$ I = \frac{P+Q}{2}\,. $$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/1/0/310c5a848ed4369509101ba93ca9fef882.png)
Наша цель — доказать, что точка
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
(середина
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
) оказывается и серединой отрезка
![$PR$ $PR$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/b/2/3b27c0cd5f532031dfb60b436c2fed5a82.png)
. Другими словами, если отразить точку
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
относительно
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
, то получим точку
![$R$ $R$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/e/4/1e438235ef9ec72fc51ac5025516017c82.png)
(то есть
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
и
![$R$ $R$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/e/4/1e438235ef9ec72fc51ac5025516017c82.png)
симметричны относительно
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
).
Чтобы доказать это, проведём симметричное отображение относительно
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
. Обозначим через
![$P'$ $P'$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/0/e/c0e79c1903ae281461a9393c4c3b302182.png)
образ точки
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
при такой симметрии, то есть
![$$ M \text{ — середина отрезка } PP'\,. $$ $$ M \text{ — середина отрезка } PP'\,. $$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/8/2/d820a8c10c0c41c4f11a15ddf33f6b0782.png)
Нужно показать, что
![$P'$ $P'$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/0/e/c0e79c1903ae281461a9393c4c3b302182.png)
совпадает с точкой
![$R$ $R$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/e/4/1e438235ef9ec72fc51ac5025516017c82.png)
, то есть что точки
![$C$ $C$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/b/3/9b325b9e31e85137d1de765f43c0f8bc82.png)
,
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
и
![$P'$ $P'$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/0/e/c0e79c1903ae281461a9393c4c3b302182.png)
лежат на одной прямой.
**Основная идея доказательства** заключается в следующем: мы покажем, что отражение некоторой конструкции относительно середины
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
приводит к тому, что прямая
![$CQ$ $CQ$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/1/f/01f300bfdbe821bd3fff14c6356d1c1682.png)
переходит в прямую, проходящую через
![$P'$ $P'$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/0/e/c0e79c1903ae281461a9393c4c3b302182.png)
и касательную к вписанной окружности в точке
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
. Но поскольку
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
является касательной к окружности в точке
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
, а
![$P'$ $P'$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/0/e/c0e79c1903ae281461a9393c4c3b302182.png)
лежит на
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
(так как симметрия относительно
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
сохраняет прямую
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
), то получаем, что
![$P'$ $P'$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/0/e/c0e79c1903ae281461a9393c4c3b302182.png)
принадлежит прямой
![$CQ$ $CQ$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/1/f/01f300bfdbe821bd3fff14c6356d1c1682.png)
.
Рассмотрим следующие соображения:
1. **Касательная и симметрия.**
Так как
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
— точка касания, прямая
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
является касательной к вписанной окружности в точке
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
. При отражении относительно
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
прямая
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
сохраняется (так как
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
лежит на
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
), а образ касательной к окружности в точке
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
есть прямая, проходящая через образ
![$P'$ $P'$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/0/e/c0e79c1903ae281461a9393c4c3b302182.png)
этой точки. Таким образом,
![$P'$ $P'$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/0/e/c0e79c1903ae281461a9393c4c3b302182.png)
лежит на отражении касательной в точке
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
, то есть на
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
.
2. **Отображение прямой
![$CQ$ $CQ$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/1/f/01f300bfdbe821bd3fff14c6356d1c1682.png)
.**
Заметим, что симметрия относительно
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
отправляет точку
![$C$ $C$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/b/3/9b325b9e31e85137d1de765f43c0f8bc82.png)
в некоторую точку
![$C'$ $C'$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/0/e/f0e9592dd37df872e4eaae9c6e9b44e582.png)
(обратную точку относительно
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
), а точка
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
переходит в точку
![$Q'$ $Q'$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/3/6/3366c713ab881eb349f2700d760ea40382.png)
. При этом, поскольку симметрия является аффинным преобразованием, прямая
![$CQ$ $CQ$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/1/f/01f300bfdbe821bd3fff14c6356d1c1682.png)
переходит в прямую
![$C'Q'$ $C'Q'$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/0/d/20d50ff970297cfd65b12411f113a0eb82.png)
. Но при достаточно тщательном анализе можно установить, что образ
![$Q'$ $Q'$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/3/6/3366c713ab881eb349f2700d760ea40382.png)
оказывается таким, что прямая
![$C'Q'$ $C'Q'$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/0/d/20d50ff970297cfd65b12411f113a0eb82.png)
совпадает с касательной к вписанной окружности в точке
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
. (Это можно показать, используя равенство углов, возникающих при отражении, и тот факт, что симметрия сохраняет углы.)
3. **Коллинеарность.**
Таким образом, отражённая прямая
![$C'Q'$ $C'Q'$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/0/d/20d50ff970297cfd65b12411f113a0eb82.png)
проходит через
![$P'$ $P'$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/0/e/c0e79c1903ae281461a9393c4c3b302182.png)
(образ точки
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
) и совпадает с касательной к окружности в
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
. Но поскольку исходная касательная — прямая
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
, а
![$P'$ $P'$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/0/e/c0e79c1903ae281461a9393c4c3b302182.png)
принадлежит
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
, получаем, что в исходной конфигурации точки
![$C$ $C$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/b/3/9b325b9e31e85137d1de765f43c0f8bc82.png)
,
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
и
![$P'$ $P'$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/0/e/c0e79c1903ae281461a9393c4c3b302182.png)
лежат на одной прямой. Иными словами,
![$P'$ $P'$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/0/e/c0e79c1903ae281461a9393c4c3b302182.png)
совпадает с точкой пересечения
![$CQ$ $CQ$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/1/f/01f300bfdbe821bd3fff14c6356d1c1682.png)
и
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
, то есть
![$P' = R$ $P' = R$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/a/9/2/a9266ab7371891b5f1776bfc8beae8e682.png)
.
Следовательно, отражение точки
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
относительно
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
даёт точку
![$R$ $R$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/e/4/1e438235ef9ec72fc51ac5025516017c82.png)
. Это равносильно тому, что
![$$ M \text{ является серединой отрезка } PR\,. $$ $$ M \text{ является серединой отрезка } PR\,. $$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/5/2/b52899d0c72fb83fb4f69cbd3bf75a9882.png)
---
**Вывод:** В треугольнике
![$ABC$ $ABC$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/f/1/bf1e7c123c5e9726ce33581a9d5cbbef82.png)
с вписанной окружностью, если
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
— точка касания окружности со стороной
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
, а
![$Q$ $Q$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/a/f/1afcdb0f704394b16fe85fb40c45ca7a82.png)
— точка, диаметрально противоположная
![$P$ $P$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/f/5/df5a289587a2f0247a5b97c1e8ac58ca82.png)
на этой окружности, и если прямая
![$CQ$ $CQ$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/1/f/01f300bfdbe821bd3fff14c6356d1c1682.png)
пересекает
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
в точке
![$R$ $R$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/e/4/1e438235ef9ec72fc51ac5025516017c82.png)
, то середина
![$AB$ $AB$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/a/5/5a58df2f9303017b173748509a0aa34c82.png)
является также серединой отрезка
![$PR$ $PR$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/b/2/3b27c0cd5f532031dfb60b436c2fed5a82.png)
.
Таким образом, доказано требуемое утверждение.
![$\boxed{}$ $\boxed{}$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/e/b/feb95110ee43db39d4ddd0a737afb5d982.png)