Вопрос:

В равнобедренную трапецию, периметр которой равен 40, а площадь равна 80, можно вписать окружность. Найдите расстояние от точки пересечения диагоналей трапеции до её меньшего основания.

Ответ:

Решение:

Пусть данная равнобедренная трапеция ABCD, где \( AD \) и \( BC \) — основания, \( AB = CD \).

Периметр \( P = AD + BC + 2AB = 40 \).

Площадь \( S = \frac{AD + BC}{2} · h = 80 \), где \( h \) — высота трапеции.

Так как в трапецию можно вписать окружность, то сумма противолежащих сторон равна:

\[ AD + BC = AB + CD = 2AB \]

Подставим это в формулу периметра:

\[ 2AB + 2AB = 40 \]\[ 4AB = 40 \]\[ AB = 10 \]

Значит, \( AD + BC = 2 · 10 = 20 \).

Теперь найдём высоту \( h \) из формулы площади:

\[ \frac{20}{2} · h = 80 \]\[ 10h = 80 \]\[ h = 8 \]

Пусть O — точка пересечения диагоналей AC и BD. Диагонали в равнобедренной трапеции равны и пересекаются на оси симметрии. Рассмотрим треугольники AOD и BOC. Они подобны по двум углам ( \( ∠ AOD = ∠ BOC \) как вертикальные, \( ∠ DAO = ∠ BCO \) как накрест лежащие при параллельных основаниях и секущих).

Отношение подобия треугольников AOD и BOC равно отношению их оснований: \( \frac{AD}{BC} \).

Пусть \( BC = a \) (меньшее основание) и \( AD = b \) (большее основание).

Тогда \( a + b = 20 \).

Из подобия треугольников AOD и BOC, если провести высоту из O к AD (назовём точку пересечения H), то \( OH = \frac{h_{AOD}}{h_{BOC}} · BC \), где \( h_{AOD} \) и \( h_{BOC} \) — высоты в подобных треугольниках. Однако, проще рассмотреть подобие треугольников, образованных диагоналями и основаниями.

Пусть O — точка пересечения диагоналей. \( \triangle AOD \backsim \triangle COB \) (по двум углам: \( ∠ DAO = ∠ BCO \) — накрест лежащие, \( ∠ ADO = ∠ CBO \) — накрест лежащие).

Отношение высот, опущенных из O на основания AD и BC, равно отношению соответствующих оснований:

\[ \frac{h_{O \text{ к } AD}}{h_{O \text{ к } BC}} = \frac{AD}{BC} = \frac{b}{a} \]

Сумма этих высот равна высоте трапеции: \( h_{O \text{ к } AD} + h_{O \text{ к } BC} = h = 8 \).

Расстояние от точки пересечения диагоналей до меньшего основания BC равно \( h_{O \text{ к } BC} \). Расстояние от точки пересечения диагоналей до большего основания AD равно \( h_{O \text{ к } AD} \).

Пусть \( x = h_{O \text{ к } BC} \) (расстояние до меньшего основания). Тогда \( h_{O \text{ к } AD} = 8 - x \).

Из подобия треугольников имеем:

\[ \frac{8-x}{x} = \frac{b}{a} \]\[ a(8-x) = bx \]\[ 8a - ax = bx \]\[ 8a = bx + ax \]\[ 8a = x(a+b) \]

Мы знаем, что \( a+b = 20 \).

\[ 8a = x(20) \]\[ x = \frac{8a}{20} = \frac{2a}{5} \]

Теперь нам нужно найти \( a \) (меньшее основание). Для этого нам потребуется дополнительная информация или геометрические построения.

Проведем высоты из B и C к AD. Пусть это будут BE и CF. Тогда \( EF = BC = a \). \( AE = FD = \frac{AD - BC}{2} = \frac{b-a}{2} \).

В прямоугольном треугольнике BEC:

\[ AB^2 = BE^2 + AE^2 \]\[ 10^2 = 8^2 + \frac{(b-a)^2}{4} \]\[ 100 = 64 + \frac{(b-a)^2}{4} \]\[ 36 = \frac{(b-a)^2}{4} \]\[ (b-a)^2 = 144 \]

Так как \( b > a \), то \( b-a = 12 \).

Мы имеем систему уравнений:

\[ a + b = 20 \]\[ b - a = 12 \]

Сложим уравнения:

\[ 2b = 32 \]\[ b = 16 \]

Вычтем второе из первого:

\[ 2a = 8 \]\[ a = 4 \]

Итак, меньшее основание \( a = 4 \), а большее основание \( b = 16 \).

Теперь найдём расстояние от точки пересечения диагоналей до меньшего основания:

\[ x = \frac{2a}{5} = \frac{2 · 4}{5} = \frac{8}{5} = 1.6 \]

Ответ: 1.6