Дано окружность и на ней три точки A, B, C. Описать все точки P в плоскости, для которых разность углов ∠APB − ∠ACB постоянна, и объяснить методику построения такого геометрического места
Обозначим α=∠ACB\alpha=\angle ACBα=∠ACB и пусть константа разности равна kkk. Тогда требование равноценно фиксированному значению ∠APB=β:=α+k.
\angle APB=\beta:=\alpha+k. ∠APB=β:=α+k. 1) Общая форма множества. Для фиксированного ненулевого угла β\betaβ множество точек PPP, из которых отрезок ABABAB виден под углом β\betaβ, составляет две окружности, проходящие через AAA и BBB (точнее — две полные окружности или соответствующие дуги по обе стороны от прямой ABABAB). (Если β\betaβ равен 000 или π\piπ, то получается вырождённый случай — прямая ABABAB.) 2) Краткое обоснование. По теореме о вписанном угле: для любой окружности, проходящей через AAA и BBB, величина вписанного угла, опирающегося на хорду ABABAB, постоянна и равна половине центрального угла, опирающегося на ту же хорду. Следовательно требуемое значение β\betaβ задаёт центральный угол 2β2\beta2β и потому определяет радиус и центр окружности(й), проходящей через AAA и BBB. 3) Построение. Пусть c=∣AB∣c=|AB|c=∣AB∣, MMM — середина отрезка ABABAB. - Если sinβ=0\sin\beta=0sinβ=0, то β∈{0,π}\beta\in\{0,\pi\}β∈{0,π} — см. вырожд. случай (линия ABABAB). - Иначе вычисляем радиус R=c2sinβ,
R=\frac{c}{2\sin\beta}, R=2sinβc,
и расстояние от MMM до центра вдоль серединного перпендикуляра OM=c2cotβ.
OM=\frac{c}{2}\cot\beta. OM=2ccotβ.
- На серединном перпендикуляре к отрезку ABABAB от точки MMM откладываем в обе стороны расстояние ∣OM∣|OM|∣OM∣; получаем два центра O1,O2O_1,O_2O1,O2. Проведя окружности радиуса RRR с центрами O1,O2O_1,O_2O1,O2, получим требуемые окружности. Любая точка PPP на этих окружностях (кроме A,BA,BA,B) даёт ∠APB=β\angle APB=\beta∠APB=β, значит удовлетворяет исходному условию. 4) Замечания. При β>π\beta>\piβ>π можно заменить β\betaβ на эквивалентный угол в интервале (0,π)(0,\pi)(0,π) (вписанные углы считаются по модулю π\piπ). Финальный геометрический образ — две окружности через AAA и BBB, симметричные относительно серединного перпендикуляра к ABABAB.
∠APB=β:=α+k. \angle APB=\beta:=\alpha+k.
∠APB=β:=α+k.
1) Общая форма множества. Для фиксированного ненулевого угла β\betaβ множество точек PPP, из которых отрезок ABABAB виден под углом β\betaβ, составляет две окружности, проходящие через AAA и BBB (точнее — две полные окружности или соответствующие дуги по обе стороны от прямой ABABAB). (Если β\betaβ равен 000 или π\piπ, то получается вырождённый случай — прямая ABABAB.)
2) Краткое обоснование. По теореме о вписанном угле: для любой окружности, проходящей через AAA и BBB, величина вписанного угла, опирающегося на хорду ABABAB, постоянна и равна половине центрального угла, опирающегося на ту же хорду. Следовательно требуемое значение β\betaβ задаёт центральный угол 2β2\beta2β и потому определяет радиус и центр окружности(й), проходящей через AAA и BBB.
3) Построение. Пусть c=∣AB∣c=|AB|c=∣AB∣, MMM — середина отрезка ABABAB.
- Если sinβ=0\sin\beta=0sinβ=0, то β∈{0,π}\beta\in\{0,\pi\}β∈{0,π} — см. вырожд. случай (линия ABABAB).
- Иначе вычисляем радиус
R=c2sinβ, R=\frac{c}{2\sin\beta},
R=2sinβc , и расстояние от MMM до центра вдоль серединного перпендикуляра
OM=c2cotβ. OM=\frac{c}{2}\cot\beta.
OM=2c cotβ. - На серединном перпендикуляре к отрезку ABABAB от точки MMM откладываем в обе стороны расстояние ∣OM∣|OM|∣OM∣; получаем два центра O1,O2O_1,O_2O1 ,O2 . Проведя окружности радиуса RRR с центрами O1,O2O_1,O_2O1 ,O2 , получим требуемые окружности. Любая точка PPP на этих окружностях (кроме A,BA,BA,B) даёт ∠APB=β\angle APB=\beta∠APB=β, значит удовлетворяет исходному условию.
4) Замечания. При β>π\beta>\piβ>π можно заменить β\betaβ на эквивалентный угол в интервале (0,π)(0,\pi)(0,π) (вписанные углы считаются по модулю π\piπ). Финальный геометрический образ — две окружности через AAA и BBB, симметричные относительно серединного перпендикуляра к ABABAB.