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jueves, 16 de febrero de 2017

IMO 1985/1

Una circunferencia tiene centro en el lado AB de un cuadrilátero cíclico ABCD. Los otros tres lados son tangentes a la circunferencia. 

Demuestre que AD + BC = AB.

Demostración. 



Llamemos E, F y G a los puntos donde la circunferencia con centro, O, en AB, toca los lados AD, BC y CD, respectivamente. Denotemos con r el radio de esta circunferencia.

Como los ángulos \angle{OFC} y \angle{OGC} son suplementarios, el cuadrilátero CFGO es cíclico. Análogamente, el cuadrilátero DEGO es cíclico. Como ABCD también es cíclico, tenemos que los ángulos \angle{ABC} y \angle{ADC} son suplementarios. Pero \angle{ADC}=\angle{EDG}, y \angle{EDG} es suplementario con \angle{EOG}. Concluimos, entonces, que \angle{ABC}=\angle{EOG}=\alpha. Por un razonamiento análogo, \angle{BAD} =\angle{FOG}=\beta.

Al ser \triangle{AEO} y \triangle{BFO} triángulos rectángulos, tenemos, por la ley de senos, que

OB=\frac{r}{sen\alpha}

OA=\frac{r}{sen\beta}

AB=OA+OB=r(csc\alpha + csc\beta)

BF=\frac{rsen(90^\circ-\alpha)}{sen\alpha}=rcot\alpha


CF =\frac{rsen(\beta/2)}{sen(90^\circ-\beta/2)}=rtg(\beta/2)


BF + CF = rcot\alpha + rtg(\beta/2)


Análogamente, 

AE=rcot\beta

DE=rtg(\alpha/2)

BC + AD = BF + CF + AE + DE = rcot\alpha+rtg(\beta/2)+rcot\beta+rtg(\alpha/2)

Tg(\alpha/2)=csc\alpha-cot\alpha

Tg(\beta/2)=csc\beta-cot\beta

BC+AD=BF+CF+AE+DE=rcot\alpha+rcsc\beta-rcot\beta+rcot\beta+rcsc\alpha-rcot\alpha=r(csc\alpha+csc\beta)

Por lo tanto, BC+AD=AB, como se quería demostrar.






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