В прямоугольную трапецию вписана окружность. Точки её  касания со  сторонами образуют новый четырёхугольник, площадь которого равна  одной четверти площади всей трапеции. Найдите острый угол трапеции
от

1 Ответ

Дано:

1. Прямоугольная трапеция ABCD, где AB || CD.
2. В трапецию вписана окружность, касающаяся сторон в точках P, Q, R, S.
3. Площадь четырехугольника PQRS равна одной четверти площади трапеции ABCD.

Найти:

Острый угол трапеции ABCD.

Решение:

1. Обозначим длины оснований трапеции как a = AB и b = CD, а высоту как h. Площадь S_trapezium трапеции ABCD можно выразить как:

   S_trapezium = (a + b) * h / 2.

2. Поскольку в трапецию вписана окружность, то сумма длин боковых сторон равна сумме оснований:

   AD + BC = a + b.

3. Площадь четырехугольника PQRS, образованного точками касания, равна:

   S_quadrilateral = S_trapezium / 4 = ((a + b) * h / 2) / 4 = (a + b) * h / 8.

4. Из геометрии известно, что площадь четырёхугольника в случае прямоугольной трапеции может быть также выражена через радиус вписанной окружности r и полупериметр p:

   S_quadrilateral = r * p_quadrilateral,

где p_quadrilateral — полупериметр четырёхугольника PQRS.

5. Полупериметр p_quadrilateral можно найти как:

   p_quadrilateral = (PQ + QR + RS + SP) / 2.

6. Используя свойства трапеции, находим, что длины отрезков касания будут равны:

   PQ = SP = r,
   QR = RS = (h - r).

7. Подставляя значения, получаем:

   p_quadrilateral = (r + (h - r) + (h - r) + r) / 2 = (2h) / 2 = h.

8. Теперь выразим радиус вписанной окружности r:

   S_quadrilateral = r * h.

9. Из условия задачи знаем, что:

   (a + b) * h / 8 = r * h.

10. Упрощая это уравнение, мы видим, что h сокращается:

   (a + b) / 8 = r.

11. Для нахождения острого угла α трапеции используем соотношение между радиусом вписанной окружности и высотой:

   r = h * tg(α).

12. Подставив значение радиуса r, имеем:

   (a + b) / 8 = h * tg(α).

13. Таким образом, выражаем tg(α):

   tg(α) = (a + b) / (8h).

14. Так как a и b являются основаниями, и в прямоугольной трапеции они могут быть равными или различными, но для нахождения угла достаточно знать его выражение.

15. При специальных условиях, например при равенстве оснований (прямоугольная трапеция превращается в прямоугольник), угол будет равен 45 градусам.

Ответ:
Острый угол трапеции равен 45 градусов при условии равенства оснований.
от