Две окружности касаются внешним образом в точке C. Прямая AB касается первой окружности в точке A, а второй — в точке B. а) Докажите, что прямые AC и BC перпендикулярны друг другу. б) Найдите площадь треугольника ABC, если радиусы окружностей равны 2 и 8.
Ответы на вопрос
Пусть радиусы первой и второй окружностей равны соответственно (r) и (R). Их центры обозначим через (O_1) и (O_2).
Прямая (AB) является общей внешней касательной: (O_1A\perp AB) и (O_2B\perp AB). Расположим (AB) горизонтально. Тогда можно принять
[
A=(0,0), \qquad B=(d,0),
]
где (d=AB), а центры окружностей имеют координаты
[
O_1=(0,r), \qquad O_2=(d,R).
]
Так как окружности касаются внешним образом, расстояние между их центрами равно сумме радиусов:
[
O_1O_2=r+R.
]
С другой стороны, из прямоугольного треугольника с катетами (AB=d) и разностью высот центров (R-r) получаем:
[
d^2+(R-r)^2=(R+r)^2.
]
Раскроем скобки:
[
d^2+R^2-2Rr+r^2=R^2+2Rr+r^2,
]
откуда
[
d^2=4Rr.
]
Следовательно,
[
AB=2\sqrt{Rr}.
]
Точка (C) лежит на отрезке (O_1O_2) и делит его так, что
[
O_1C=r,\qquad CO_2=R.
]
Её координаты равны
[
C\left(\frac{rd}{r+R},\frac{2rR}{r+R}\right).
]
Рассмотрим векторы
[
\overrightarrow{CA}=
\left(-\frac{rd}{r+R},-\frac{2rR}{r+R}\right),
]
[
\overrightarrow{CB}=
\left(\frac{Rd}{r+R},-\frac{2rR}{r+R}\right).
]
Их скалярное произведение:
-\frac{rRd^2}{(r+R)^2}
+
\frac{4r^2R^2}{(r+R)^2}.
]
Но (d^2=4rR), поэтому
[
\overrightarrow{CA}\cdot\overrightarrow{CB}=0.
]
Значит,
[
AC\perp BC.
]
Итак, треугольник (ABC) прямоугольный, причём прямой угол находится при (C).
Теперь подставим (r=2), (R=8).
[
AB=2\sqrt{2\cdot 8}=2\sqrt{16}=8.
]
Высота треугольника, опущенная из (C) на (AB), равна второй координате точки (C):
\frac{2\cdot2\cdot8}{2+8}
\frac{32}{10}
\frac{16}{5}.
]
Тогда площадь:
\frac12\cdot AB\cdot h
\frac12\cdot 8\cdot\frac{16}{5}
\frac{64}{5}.
]
Ответ:
[
\boxed{AC\perp BC}
]
и
[
\boxed{S_{\triangle ABC}=\frac{64}{5}}.
]
Похожие вопросы
Топ вопросов за вчера в категории Геометрия
Последние заданные вопросы в категории Геометрия
-
Математика
-
Литература
-
Алгебра
-
Русский язык
-
Геометрия
-
Английский язык
-
Химия
-
Физика
-
Биология
-
Другие предметы
-
История
-
Обществознание
-
Окружающий мир
-
География
-
Українська мова
-
Информатика
-
Українська література
-
Қазақ тiлi
-
Экономика
-
Музыка
-
Право
-
Беларуская мова
-
Французский язык
-
Немецкий язык
-
МХК
-
ОБЖ
-
Психология
-
Физкультура и спорт
-
Астрономия
-
Кыргыз тили
-
Оʻzbek tili

