Processing math: 100%

М1319. Задача об углах в треугольнике

Задача из журнала «Квант» (1991 год, 12 выпуск)

Условие

Дан треугольник ABC и точка M внутри него. Докажите, что хотя бы один из углов MAB, MBC, MCA меньше или равен 30.

Рис. 1.

Пусть точка M внутри треугольника ABC такова, что все углы из условия задачи больше π6. Тогда она лежит в треугольнике AED (см. рис. 1).

Следовательно, достаточно доказать, что ECA π6.

Рассмотрим конфигурацию рисунка 2, где r1=1, BO2M= π3. Точка A лежит на прямой l в круге с центром O2, точка M — в треугольнике ABC. Покажем, что при этих условиях отрезки BM и O1O2 имеют общую точку.

Рис. 2.

Пусть это не так (см. рис. 3).

На рисунке 3 прямая MD — касательная к окружности с центром O1.

Имеем: O1Cl, треугольник O1CM правильный, отрезки BM и O1C пересекаются. Так как угол BMm равен π6, то прямая m, являющаяся касательной к окружности с центром O2, пересекается с l в точке луча DC
(либо ml). Следовательно, и точка A может лежать лишь на этом луче; значит, точка M лежит вне треугольника ABC.

Получили: O1O2BM.

Для решения задачи достаточно доказать, что r2d(O2,l).(Здесь
d(O2,l) — расстояние от точки O2 до прямой l.) Пусть d(O2,l)d(O1,l). Имеем: r2=2sinα,d(O2,l)=1+(cosα+322sinα)cos(2π3α)==12+2sin2α2sinα=r2.

Рис. 3.

Случай d(O2,l)<d(O1,l) рассматривается аналогично.

Замечание. Несложное доказательство допускает также и следующее утверждение. Пусть точка M лежит внутри четырехугольника ABCD. Тогда хотя бы один из углов MAB, MBC, MCD, MDA меньше или равен π4. Докажите это утверждение самостоятельно.

В. Сендеров

М1839. О тригонометрических неравенствах

Задача из журнала «Квант» (2002 год, 5 выпуск)

Условие

Пусть 0<x<π4. Докажите, что (cosx)cos2x>(sinx)sin2x,

а также (cosx)cos4x<(sinx)sin4x.

Доказательство

На первый взгляд кажется, что одно из неравенств противоречит другому, но это не так.

Рассмотрим f(y)=cosyxsinyx,

где 0<x<π4, y0. Имеем: f(0)=0, f(y)>0 при y>0, f(y)0 при y. Далее, f(y)=cosyxlncosxsinyxlnsinx==cosyx(lncosxtgyxlnsinx),
поэтому f(y) имеет единственный корень при y>0, так как функция g(y)=tgyx монотонна. Из равенства f(2)=f(2)(cos2x+sin2x)=f(4)
следует, что f(2)>0, f(4)<0.

Перепишем первое неравенство: cos2xlncosx>sin2xlnsinx,

что эквивалентно первому неравенству задачи. Аналогично, f(4)<0, или cos4xlncosx<sin4xlnsinx,
что эквивалентно второму неравенству задачи.

В. Сендеров