Maths Olympiad Prep

Library / /9 of 26

Geometry Difficulty 6.4 National olympiad Prove it Russia

Given an acute-angled triangle ABCABC such that its median AMAM is larger than the side ABAB. Prove that one can cut triangle ABCABC into three parts and rearrange them so that they will form a rhombus.

В остроугольном треугольнике ABCABC медиана AMAM длиннее стороны ABAB. Докажите, что треугольник ABCABC можно разрезать на три части, из которых складывается ромб.

Solution

Пусть NN — середина стороны ACAC, а KK — точка на прямой MNMN такая, что MK=MNMK = MN. Тогда треугольники MNCMNC и MKBMKB симметричны относительно MM и потому равны. Проведём разрез по средней линии MNMN; переложив треугольник MNCMNC так, чтобы он совпал с MKB\triangle MKB, получаем параллелограмм ANKBANKB (см. рис. 16). Если AN=ABAN = AB, то ромб уже получен.

Пусть AN<ABAN < AB (см. рис. 17). Проведём окружность с центром в точке AA и радиусом ABAB. Тогда точка NN лежит внутри окружности, а MM — вне, поэтому окружность пересечёт отрезок NMNM в точке PP. Отрезав от параллелограмма ANKBANKB треугольник APNAPN и сдвинув его так, чтобы сторона ANAN совпала с BKBK, мы получим ромб.

Пусть, наконец, AN>ABAN > AB. Поскольку треугольник ABCABC остроугольный, основание HH высоты CHCH лежит на отрезке ABAB (см. рис. 16). Далее, основание TT перпендикуляра, опущенного из NN на ABAB, есть середина отрезка AHAH; значит, BT>ATBT > AT, а тогда BN>ANBN > AN. Значит, окружность с центром в точке BB и радиусом ANAN пересечёт сторону ANAN в точке SS, ибо точка NN лежит вне, а точка AA — внутри этой окружности (см. рис. 18). Отрезав от параллелограмма треугольник ABSABS и сдвинув его до совмещения стороны ABAB со стороной NKNK, мы получим ромб.

Figure 1
Рис. 16
Figure 2
Рис. 17
Figure 3
Рис. 18

Want a route through all this instead of an archive? The track puts 2,000 problems in a working order, from AMC 10 level to the IMO shortlist.

Source: MathNet, licensed CC-BY-4.0. Statement and solution reproduced as published; topic and difficulty added by this site.