Cercul

Cercul

Nivel introductiv

E.552. Pe cercul C\cal C(O,r)(O,r) se consideră punctele A,B,M,P,Q,S,A,B,M,P,Q,S, astfel încât ABAB este diametru, M,P,QM,P,Q situate pe aceeași parte a dreptei ABAB, PP între MM și QQ, iar SS de cealaltă parte a dreptei AB,AB, astfel încât AMPQBS=60°.\overgroup{AM} \equiv \overgroup{PQ} \equiv \overgroup{BS} = 60\degree. Punctul NN este situat pe arcul mic AS,AS, astfel încât unghiurile AONAON și POQPOQ sunt complementare.
a) Arătați că dreptele ONON și MSMS sunt perpendiculare.
b) Dacă în plus, POM=5BOQ,\measuredangle{POM} = 5 \cdot \measuredangle{BOQ}, iar TT este un punct situat pe arcul mic SN,SN, astfel încât BOQSOT,\measuredangle{BOQ} \equiv \measuredangle{SOT}, arătați că dreapta POPO împarte arcul mic TNTN în două arce congruente.

Olimpiadă, etapa locală, Argeș, 2024
Soluție:

a) Din A,O,BA, O, B coliniare și AMBSM,O,S\overgroup{AM} \equiv \overgroup{BS} \Rightarrow M,O,S coliniare.
Cum AONAON și POQPOQ sunt complementare și POQ^=AOM^AON^+AOM^=90°.\widehat{POQ} = \widehat{AOM} \Rightarrow \boxed{\widehat{AON}+\widehat{AOM}=90\degree}.

b) Notăm PO PO~ \cap C\cal C ={P}, MOP^=x= \{P'\},~ \widehat{MOP}=x și BOQ^=SOT^=y.\widehat{BOQ}=\widehat{SOT}=y.

x=5yx+y=1806060=60°}x=50° și y=10°. \begin{rcases} x=5y\\ x+y=180-60-60=60\degree \end{rcases} \Rightarrow \boxed{x=50 \degree} \text{ și } \boxed{y=10\degree}.
NOT^=90y=80°NOP^=1803060x=40°}NOP^=POT^. \begin{rcases} \widehat{NOT} = 90 -y = 80\degree\\ \widehat{NOP'} = 180-30-60-x = 40\degree \end{rcases} \Rightarrow \boxed{\widehat{NOP'}=\widehat{P'OT}.}

E.553. În cercul C\cal C(O,r)(O,r) se consideră diametreleMNMN și PQ.PQ. Construim diametrul EFEF astfel încât semidreapta (OE(OE să fie bisectoarea unghiului MOP.MOP.
a) Arătați că raza OROR este perpendiculară pe EF,EF, unde RR este mijlocul arcului mic MQ.\overgroup{MQ}.
b) Determinați măsura arcului RQ,\overgroup{RQ}, știind că măsura unghiului MOEMOE este egal cu 40°.40\degree.

Olimpiadă, etapa locală, Satu-Mare, 2024; Argeș, 2020

Răspuns: b) RQ=50°.\overgroup{RQ}=50\degree.

Soluție:

a) Din ipoteză avem MOE^=EOP^=NOF^=FOQ^=x\widehat{MOE}=\widehat{EOP}=\widehat{NOF}=\widehat{FOQ}=x și MOR^=ROQ^=y.\widehat{MOR} = \widehat{ROQ}=y.

EOR^=x+yFOR^=x+y}EOR^=FOR^. Cum E,O,F coliniare EOR^=90°. \begin{rcases} \widehat{EOR} = x+y\\ \widehat{FOR} = x+y \end{rcases} \Rightarrow \boxed{\widehat{EOR} = \widehat{FOR}}. \text{ Cum } E,O,F \text{ coliniare } \Rightarrow \boxed{\widehat{EOR}=90\degree}.

b) RQ=RFQF=90xRQ=50°\overgroup{RQ} = \overgroup{RF} - \overgroup{QF} = 90-x \Rightarrow \boxed{\overgroup{RQ}=50\degree}

E.554. Pe un cerc C\cal C(O,r)(O,r) considerăm în ordinea rotirii acelor de ceasornic punctele A1,A2,A3,,A2nA_1, A_2,A_3, \ldots,A_{2n} astfel încât AiA_i și Ai+1A_{i+1} să fie diametral opuse pentru orice i{1;2;;n}.i \in \{1;2; \ldots;n\}.
a) Pentru n=5n=5 arătați că punctele date determină pe cerc cel puțin două arce cu măsura mai mică sau egală cu 36°36\degree.
b) Dacă MM și PP sunt respectiv mijloacele arcelor AiAi+1\overgroup{A_iA_{i+1}} și An+iAn+i+1\overgroup{A_{n+i}A_{n+i+1}} demonstrați că MM și PP sunt puncte diametral opuse pentru orice i{1;2;;n1}.i \in \{1;2; \ldots;n-1\}.

Olimpiadă, etapa locală, Timiș, 2024
Soluție:

a) Pentru n=5n=5 avem 1010 puncte și 1010 arce: A1A2, A2A3,,A10A1.\overgroup{A_1A_2},~\overgroup{A_2A_3}, \ldots, \overgroup{A_{10}A_1}.
Dacă toate aceste arce ar fi mai mari decât 36°,36\degree, ar rezulta că suma lor depășește 360°,360\degree, ceea ce este imposibil. Prin urmare, cel puțin unul dintre arce este mai mic sau egal cu 36°.36\degree. Dar cum fiecărui arc îi corespunde un arc cu aceeași măsură (unghiuri opuse la vârf), înseamnă că există două arce cu măsura mai mică sau egală cu 36°.36\degree.

b) AiAn+i și Ai+1An+i+1 diametreAiOAi+1^=An+iOAn+i+1^.A_iA_{n+i} \text{ și } A_{i+1}A_{n+i+1} \text { diametre} \Rightarrow \widehat{A_iOA_{i+1}} = \widehat{A_{n+i}OA_{n+i+1}}.

AiOAi+1^=An+iOAn+i+1^M și N mijloace}O1^=O2^=O3^=O4^. \begin{rcases} \widehat{A_iOA_{i+1}} = \widehat{A_{n+i}OA_{n+i+1}}\\ M \text { și } N \text{ mijloace} \end{rcases} \Rightarrow \widehat{O_1}= \widehat{O_2}= \widehat{O_3}= \widehat{O_4}.
Ai, O, An+i coliniare O1^=O3^}M, O, P coliniare. \begin{rcases} A_i,~O,~ A_{n+i} \text{ coliniare }\\ \widehat{O_1}=\widehat{O_3} \end{rcases} \Rightarrow M,~O,~P \text{ coliniare}.

E.555. În cercul C\cal C(O,R)(O,R) se consideră diametrul ABAB și CC mijlocul arcului AB.AB. Punctul MM se află pe arcul mic BCBC (MM diferit de BB și CC), NN se află pe arcul mic ACAC (NN diferit de AA și CC), astfel încât MON=90°.\measuredangle{MON}=90\degree. Punctul QQ se află pe arcul ABAB unde CC și QQ sunt de o parte și de cealaltă a dreptei ABAB astfel încât CONABQ.\measuredangle{CON} \equiv \measuredangle{ABQ}.
a) Arătați că arcele mici ANAN și CMCM sunt congruente.
b) Arătați că dreptele NONO și BQBQ sunt perpendiculare.

Olimpiadă, etapa locală, Argeș, 2023
Soluție:

AC=CBO2^+O3^=90°O2^+O1^=90°}O3^=O1^AN=CM. \begin{rcases} \overgroup{AC} = \overgroup{CB} \Rightarrow \widehat{O_2} + \widehat{O_3} = 90\degree \\ \widehat{O_2} + \widehat{O_1} = 90\degree \end{rcases} \Rightarrow \widehat{O_3} = \widehat{O_1} \Rightarrow \boxed{\overgroup{AN} = \overgroup{CM}}.

b) Construium ODBQ,OD \parallel BQ, unde DCD \in \cal C$(O,R)

O4^=B^B^=O2^}O4^=O2^O3^+O4^=O3^+O2^=90°. \begin{rcases} \widehat{O_4} = \widehat{B} \\ \widehat{B} = \widehat{O_2} \end{rcases} \Rightarrow \boxed{\widehat{O_4} = \widehat{O_2}} \Rightarrow \widehat{O_3} + \widehat{O_4} = \widehat{O_3} + \widehat{O_2} = 90\degree.
NOODODBQ}NOBQ. \begin{rcases} NO \perp OD \\ OD \parallel BQ \end{rcases} \Rightarrow \boxed{NO \perp BQ}.

E.556. Fie un număr natural n3.n \geq3. Pe un cerc se consideră punctele distincte A1,A2,,An,A_1, A_2, \ldots,A_n, astfel încât arcele A1A2,A2A3,,An1An,AnA1\overgroup{A_1A_2},\overgroup{A_2A_3},\ldots,\overgroup{A_{n-1}A_n},\overgroup{A_nA_1} sunt congruente și A1AnA2,A2A1A3,,AnAn1A1.A_1 \in \overgroup{A_nA_2}, A_2 \in \overgroup{A_1A_3}, \ldots, A_n \in \overgroup{A_{n-1}A_1}. Demonstrați că printre punctele A1,A2,,AnA_1, A_2,\ldots,A_n există două puncte diametral opuse, dacă și numai dacă numărul natural nn este par.

Lucica Ghișe, Olimpiadă, etapa locală, Brașov, 2023
Soluție:

Observații generale:

  • nn puncte pe un cerc formează nn arce. Dacă toate arcele sunt egale, atunci măsura unui singur arc este 360°n.\dfrac{360\degree}{n}.
  • Numărul de arce dintre două puncte AiA_i și AjA_j este ji.j-i. De exemplu, între punctele A3A_3 și A5A_5 sunt 53=25-3=2 arce: A3A4\overgroup{A_3A_4} și A4A5.\overgroup{A_4A_5}.

a) Presupunem că dacă nn este par, atunci există două puncte diametral opuse.
Dacă nn este par, există kNk \in \N^* astfel încât n=2k.n=2k. Între A1A_1 și Ak+1A_{k+1} există (k+1)1=k(k+1)-1 = k arce identice, fiecare cu măsura 360°n.\dfrac{360\degree}{n}.
A1Ak+1=k360°n=k360°2k=180°,\overgroup{A_1A_{k+1}}= k \cdot \dfrac{360\degree}{n} = k \cdot \dfrac{360\degree}{2k} = 180\degree, deci punctele A1A_1 și Ak+1A_{k+1} sunt diametral opuse.

b) Presupunem că dacă există două puncte diametral opuse, atunci nn este par.
Fie AiA_i și AjA_j cele două puncte diametral opuse. Între AiA_i și AjA_j există jij-i arce identice, fiecare cu măsura 360°n.\dfrac{360\degree}{n}.
180°=AiAj=(ji)360°nn=2(ji),180\degree=\overgroup{A_iA_j} =(j-i) \cdot \dfrac{360\degree}{n} \Rightarrow \boxed{n=2(j-i)}, deci nn este par.

E.557. Se consideră cercurile C1\cal C_1(O1,r1)(O_1,r_1) și C2\cal C_2(O2,r2)(O_2,r_2) cu r1=2r_1=2 cm, r2=3r_2=3 cm și O1O2=4.5O_1O_2=4.5 cm. Dacă dreapta tt este tangentă cercului C1\cal C_1(O1,r1)(O_1,r_1) în punctul AA și tangentă cercului C2\cal C_2(O2,r2)(O_2,r_2) în punctul B,B, atunci:
a) determinați pozițiile relative ale celor două cercuri (justificare);
b) arătați că bisectoarea unghiului AO1BAO_1B este paralelă cu bisectoarea unghiului O1BO2.O_1BO_2.

Claudia Marchitan, Olimpiadă, etapa locală, Suceava, 2020
Soluție:

a) r2r1<O1O2<r2+r1r_2-r_1 < O_1O_2 < r_2+r_1 \Rightarrow cercurile sunt secante.

b) Fie OEOE și BFBF cele două bisectoare.

O1AABO2BAB}O1AO2BAO1B^=O1BO2^. \begin{rcases} O_1A \perp AB \\ O_2B \perp AB \end{rcases} \Rightarrow O_1A \parallel O_2B \Rightarrow \boxed{\widehat{AO_1B} = \widehat{O_1BO_2}}.
AO1B^=O1BO2^O11^=O12^ și B3^=B4^}O12^=B3^O1EBF. \begin{rcases} \widehat{AO_1B} = \widehat{O_1BO_2} \\ \widehat{O_{11}}= \widehat{O_{12}} \text{ și } \widehat{B_3}= \widehat{B_4} \end{rcases} \Rightarrow \widehat{O_{12}} = \widehat{B_3} \Rightarrow \boxed{O_1E \parallel BF}.