В заданной окружности проведены две хорды AB и CD, пересекающиеся в точке P внутри круга; опишите и докажите общие свойства отношений отрезков AP·PB и CP·PD при движении точек A, B, C, D по окружности
Утверждение. Пусть в окружности радиуса RRR хорд ABABAB и CDCDCD пересекаются в точке PPP внутри круга. Тогда AP⋅PB=CP⋅PD.
AP\cdot PB = CP\cdot PD. AP⋅PB=CP⋅PD.
Если точка PPP фиксирована, то для любой хорды XYXYXY, проходящей через PPP, произведение расстояний от PPP до концов хорды постоянно и равно PX⋅PY=R2−OP2,
PX\cdot PY = R^2-OP^2, PX⋅PY=R2−OP2,
где OOO — центр окружности. Следовательно, при движении точек A,B,C,DA,B,C,DA,B,C,D по окружности (при сохранении пересечения в одной и той же точке PPP) произведения AP⋅PBAP\cdot PBAP⋅PB и CP⋅PDCP\cdot PDCP⋅PD остаются равными и постоянны. Короткое доказательство равенства через подобие. Рассмотрим две треугольные пары, образованные хордами и лучами от PPP. Из свойства вписанных углов следует, что два угла в треугольниках, соответствующих вершинам на окружности и перехватывающие одну и ту же дугу, равны; вместе с вертикальными (вершинными) углами это даёт по две равные угла в соответствующих треугольниках. В результате получается подобие треугольников, дающее соотношение сторон APPD=CPPB,
\frac{AP}{PD}=\frac{CP}{PB}, PDAP=PBCP,
откуда перемножением получаем AP⋅PB=CP⋅PD.
AP\cdot PB = CP\cdot PD. AP⋅PB=CP⋅PD. Доказательство формулы для константы. Пусть через PPP проходит хорда XYXYXY, MMM — середина этой хорды. Тогда OM⊥XYOM\perp XYOM⊥XY, обозначим PM=sPM=sPM=s, XM=mXM=mXM=m. Тогда PX⋅PY=(m+s)(m−s)=m2−s2.
PX\cdot PY=(m+s)(m-s)=m^2-s^2. PX⋅PY=(m+s)(m−s)=m2−s2.
Из прямоугольного треугольника OMXOMXOMX: m2=R2−OM2m^2=R^2-OM^2m2=R2−OM2. Из прямоугольного треугольника OMPOMPOMP: s2=OP2−OM2s^2=OP^2-OM^2s2=OP2−OM2. Подставляя, PX⋅PY=(R2−OM2)−(OP2−OM2)=R2−OP2.
PX\cdot PY=(R^2-OM^2)-(OP^2-OM^2)=R^2-OP^2. PX⋅PY=(R2−OM2)−(OP2−OM2)=R2−OP2. Следствия о движении точек. Для фиксированной точки PPP значение AP⋅PBAP\cdot PBAP⋅PB не зависит от того, какие конкретно точки A,BA,BA,B на окружности выбраны (лишь требуется, чтобы ABABAB проходила через PPP). При движении концов хорды по окружности их расстояния APAPAP и PBPBPB меняются взаимно: если один множитель уменьшается, другой увеличивается так, чтобы произведение оставалось равным R2−OP2R^2-OP^2R2−OP2. Если PPP перемещается внутри круга, то значение R2−OP2R^2-OP^2R2−OP2 меняется непрерывно; при приближении PPP к окружности произведение стремится к нулю.
AP⋅PB=CP⋅PD. AP\cdot PB = CP\cdot PD.
AP⋅PB=CP⋅PD. Если точка PPP фиксирована, то для любой хорды XYXYXY, проходящей через PPP, произведение расстояний от PPP до концов хорды постоянно и равно
PX⋅PY=R2−OP2, PX\cdot PY = R^2-OP^2,
PX⋅PY=R2−OP2, где OOO — центр окружности. Следовательно, при движении точек A,B,C,DA,B,C,DA,B,C,D по окружности (при сохранении пересечения в одной и той же точке PPP) произведения AP⋅PBAP\cdot PBAP⋅PB и CP⋅PDCP\cdot PDCP⋅PD остаются равными и постоянны.
Короткое доказательство равенства через подобие. Рассмотрим две треугольные пары, образованные хордами и лучами от PPP. Из свойства вписанных углов следует, что два угла в треугольниках, соответствующих вершинам на окружности и перехватывающие одну и ту же дугу, равны; вместе с вертикальными (вершинными) углами это даёт по две равные угла в соответствующих треугольниках. В результате получается подобие треугольников, дающее соотношение сторон
APPD=CPPB, \frac{AP}{PD}=\frac{CP}{PB},
PDAP =PBCP , откуда перемножением получаем
AP⋅PB=CP⋅PD. AP\cdot PB = CP\cdot PD.
AP⋅PB=CP⋅PD.
Доказательство формулы для константы. Пусть через PPP проходит хорда XYXYXY, MMM — середина этой хорды. Тогда OM⊥XYOM\perp XYOM⊥XY, обозначим PM=sPM=sPM=s, XM=mXM=mXM=m. Тогда
PX⋅PY=(m+s)(m−s)=m2−s2. PX\cdot PY=(m+s)(m-s)=m^2-s^2.
PX⋅PY=(m+s)(m−s)=m2−s2. Из прямоугольного треугольника OMXOMXOMX: m2=R2−OM2m^2=R^2-OM^2m2=R2−OM2. Из прямоугольного треугольника OMPOMPOMP: s2=OP2−OM2s^2=OP^2-OM^2s2=OP2−OM2. Подставляя,
PX⋅PY=(R2−OM2)−(OP2−OM2)=R2−OP2. PX\cdot PY=(R^2-OM^2)-(OP^2-OM^2)=R^2-OP^2.
PX⋅PY=(R2−OM2)−(OP2−OM2)=R2−OP2.
Следствия о движении точек. Для фиксированной точки PPP значение AP⋅PBAP\cdot PBAP⋅PB не зависит от того, какие конкретно точки A,BA,BA,B на окружности выбраны (лишь требуется, чтобы ABABAB проходила через PPP). При движении концов хорды по окружности их расстояния APAPAP и PBPBPB меняются взаимно: если один множитель уменьшается, другой увеличивается так, чтобы произведение оставалось равным R2−OP2R^2-OP^2R2−OP2. Если PPP перемещается внутри круга, то значение R2−OP2R^2-OP^2R2−OP2 меняется непрерывно; при приближении PPP к окружности произведение стремится к нулю.