Номер 903, страница 222 - гдз по геометрии 7-9 класс учебник Атанасян, Бутузов

Задачи к главе 9. Задачи повышенной трудности. Глава 9. Окружность - номер 903, страница 222.

903 Окружность отсекает на двух прямых, которые пересекаются в точке, не лежащей на окружности, равные хорды. Докажите, что расстояния от точки пересечения этих прямых до концов той и другой хорды соответственно равны между собой.

Пусть дана окружность с центром в точке $O$. Две прямые, назовем их $l_1$ и $l_2$, пересекаются в точке $P$, не лежащей на окружности. Прямая $l_1$ пересекает окружность в точках $A$ и $B$, образуя хорду $AB$. Прямая $l_2$ пересекает окружность в точках $C$ и $D$, образуя хорду $CD$. По условию задачи, длины этих хорд равны: $AB = CD$.

Требуется доказать, что расстояния от точки $P$ до концов хорды $AB$ соответственно равны расстояниям от точки $P$ до концов хорды $CD$. То есть, если мы упорядочим расстояния по возрастанию, то меньшее расстояние до хорды $AB$ равно меньшему расстоянию до хорды $CD$, а большее — большему. Формально, нужно доказать, что множество расстояний $\{PA, PB\}$ равно множеству $\{PC, PD\}$.

Доказательство:

1. Воспользуемся свойством окружности: равные хорды равноудалены от центра окружности. Проведем из центра $O$ перпендикуляры к нашим хордам. Пусть $OK$ — перпендикуляр к хорде $AB$ (точка $K$ лежит на $AB$), а $OM$ — перпендикуляр к хорде $CD$ (точка $M$ лежит на $CD$). Так как $AB = CD$, то расстояния от центра до этих хорд равны, то есть $OK = OM$.

2. Рассмотрим еще одно свойство: перпендикуляр, опущенный из центра окружности на хорду, делит эту хорду пополам. Следовательно, точка $K$ является серединой хорды $AB$, а точка $M$ — серединой хорды $CD$. Это означает, что $AK = KB = \frac{1}{2}AB$ и $CM = MD = \frac{1}{2}CD$. Поскольку $AB = CD$, то и их половины равны: $AK = KB = CM = MD$.

3. Теперь рассмотрим прямоугольные треугольники $\triangle POK$ и $\triangle POM$.

• У них общая гипотенуза $PO$.
• Катеты $OK$ и $OM$ равны, как мы установили в пункте 1.

Следовательно, треугольники $\triangle POK$ и $\triangle POM$ равны по гипотенузе и катету.

4. Из равенства треугольников следует равенство соответствующих сторон, а именно $PK = PM$.

5. Теперь найдем искомые расстояния. Расстояния от точки $P$ до концов хорды $AB$ — это длины отрезков $PA$ и $PB$. Расстояния от точки $P$ до концов хорды $CD$ — это $PC$ и $PD$. Рассмотрим два возможных случая расположения точки $P$.

Случай 1: Точка $P$ находится вне окружности.
Тогда точки на прямых расположены, например, в следующем порядке: $P-A-K-B$ и $P-C-M-D$. Расстояния вычисляются так: $PA = PK - AK$ $PB = PK + KB$ $PC = PM - CM$ $PD = PM + MD$ Так как мы доказали, что $PK = PM$ и $AK = CM$, то $PA = PK - AK = PM - CM = PC$. Так как $PK = PM$ и $KB = MD$, то $PB = PK + KB = PM + MD = PD$. Таким образом, $PA = PC$ и $PB = PD$.

Случай 2: Точка $P$ находится внутри окружности.
Тогда точки на прямых расположены, например, в следующем порядке: $A-P-K-B$ и $C-P-M-D$. Расстояния вычисляются так: $PA = AK - PK$ $PB = PK + KB$ $PC = CM - PM$ $PD = PM + MD$ Из равенств $PK=PM$, $AK=CM$ и $KB=MD$ следует, что: $PA = AK - PK = CM - PM = PC$. $PB = PK + KB = PM + MD = PD$. Таким образом, и в этом случае $PA = PC$ и $PB = PD$.

В обоих случаях мы приходим к выводу, что расстояния от точки пересечения прямых до концов одной хорды соответственно равны расстояниям до концов другой хорды.

Ответ: Утверждение доказано. Расстояния от точки пересечения прямых до концов первой хорды равны соответственно расстояниям до концов второй хорды.