Используемые обозначения:
- ABCD - вписанный четырехугольник, в котором AB, BC, CD и DA - стороны;
- M - середина дуги AD, не содержащей точки B и C;
- P и Q - точки пересечения отрезков BM и CM с отрезком AD;
- Ω - окружность, в которую вписан четырехугольник ABCD.
Дано: AP:PQ:QD = 1:7:2.
Прежде чем решать задачу, проанализируем данное соотношение:
Внимательно изучим строение M, P и Q на основании данного соотношения:
- AP:PQ:PQ = 1:7:2, что означает, что отношение AP к PQ к QD составляет 1:7:2.
- PQ имеет одно значение, следовательно, AP = PQ и QD = 2*PQ.
Таким образом, мы можем сказать, что AP = PQ, PQ = PQ*7/2, QD = 2*PQ.
Поскольку M - середина дуги AD, не содержащей точки B и C, то есть вписанный угол AMQ = 90 градусов.
Поэтому мы можем заключить следующее:
- AMQ = 90 градусов
- АQ = QM (так как M - середина дуги AD, не содержащей точки B и C)
- DQ = 2 PQ = 2*AQ (по условию задачи)
- QD и QM - это одно и то же значение (так как DQ = 2*AQ)
Теперь рассмотрим треугольники ADQ и AMQ:
- AQ = AM, так как M - середина дуги AD, не содержащей точки B и C;
- QD = 2 * AM (по условию задачи);
- Угол DАQ + угол МАQ = 90 градусов (по свойству вписанных углов, так как AMQ = 90 градусов)
- Таким образом, угол АDQ также равен 90 градусам.
Теперь рассмотрим треугольник ABD:
- AD и DB - это диаметры окружности Ω, так как ABCD - вписанный четырехугольник;
- MO - медиана треугольника AMQ;
- MO перпендикулярна стороне AM (по свойству медианы), следовательно, угол MOQ = 90 градусов.
Таким образом, мы можем сделать следующие выводы:
- Угол МАQ = угол ADQ = угол MOQ = 90 градусов;
- Треугольники ABD и QDB - прямоугольные треугольники.
Теперь рассмотрим треугольники ACD и BDP:
- Угол АDQ = угол ОDP = 90 градусов (по доказанному ранее);
- Добавим в наше рассуждение сторону МОR, где R - точка пересечения BM и Ω. Согласно главе секущих, радиус ОМ параллелен касательной BDP, следовательно, угол MOD = угол PDA.
Теперь рассмотрим треугольник CDP:
- Угол CDP = угол ОDP = угол АDQ = 90 градусов (по доказанному ранее);
- Две пары сторон (CDp и QDp) совпадают, следовательно, треугольники CDP и QDP равны.
Далее рассмотрим треугольники ABC и QAB:
- Угол CAB = угол MQA = 90 градусов (поскольку AMQ = 90 градусов по условию задачи);
- Угол BAC = угол BDA = угол BDP + угол PDA (по углу секущей);
- Угол QBA = угол MDA (по строению треугольников и соотношению сторон);
- Следовательно, угол QBA = угол MQA и угол BAC = угол BDA.
Исходя из указанных свойств, можно заключить следующие соотношения:
- Треугольники ABC и QAB равны.
Теперь перейдем к вычислению значения выражения AC⋅BD/AB⋅CD.
Мы можем заметить, что треугольники ABC и QDB подобны по двум сторонам. Давайте проверим это:
- Углы ABC и QDB - прямые углы (поскольку ABC и QDB - прямоугольные треугольники);
- Угол CAB = угол BAC = угол BDA (по доказанному ранее);
- Угол CDA = угол ADQ = 90 градусов;
- Соответственно, треугольники ABC и QDB подобны.
Теперь мы можем использовать свойство подобных треугольников: отношение длин соответствующих сторон треугольников равно.
Поэтому:
AB/AD = CD/DQ
Заменяем AD = AB + DQ (поскольку AD = AB + BC + DQ + CD по доказанному ранее):
AB/(AB + DQ) = CD/DQ
Раскрываем скобки:
AB/(AB + 2*PQ) = CD/2*PQ
Переходим к выражению AC⋅BD/AB⋅CD:
AC⋅BD/AB⋅CD = AC*BD/(AB + 2*PQ)*2*PQ/CD
Поскольку ABC и QDB - прямоугольные треугольники, из двух подобных треугольников ABC и QDB мы можем записать следующее:
AB/DB = AC/CQ
Переписываем выражение:
AC*BD/AB = CQ*DB
Заменяем DB = DQ (по условию задачи):
AC*BD/AB = CQ*DQ
Заменяем CQ:
CQ = CD - QD (CD = CQ + QD)
AC*BD/AB = (CD - QD)*DQ/AB
Заменяем QD = PQ:
AC*BD/AB = (CD - PQ)*PQ/AB
Подставляем выражения, известные нам по условию задачи:
AC*BD/AB = (CD - PQ)*PQ/AB
AC*BD/AB = (CD - PQ)*(1/9 * AD)/AB (по условию задачи PQ = (1/9 * AD) и PQ + QD = (2/9 * AD))
AC*BD/AB = (CD - (1/9 * AD))*(1/9 * AD)/AB
AC*BD/AB = ((8/9 * AD) - (1/9 * AD))*(1/9 * AD)/AB
AC*BD/AB = (7/9 * AD)*(1/9 * AD)/AB
AC*BD/AB = (7/81 * AD^2)/AB
Теперь вспомним, что CD = AB + AD + BC. В условии задачи дано, что AB = AD + BC, поэтому можем заменить AB на CD - AD - BC:
AC*BD/AB = (7/81 * AD^2)/(CD - AD - BC)
Теперь заменим в выражении значение BC на CD - AD - AB:
AC*BD/AB = (7/81 * AD^2)/(CD - AD - (CD - AD))
Упрощаем выражение:
AC*BD/AB = (7/81 * AD^2)/(CD - AD - CD + AD)
AC*BD/AB = (7/81 * AD^2)/(0)
Таким образом, у нас получается, что:
AC*BD/AB = (7/81 * AD^2)/(0) = 0
Ответ: 0.