Propuesta de Juan Carlos Salazar, Profesor de Geometría del Equipo Olímpico de Venezuela.(Puerto Ordaz). Problema 171 y 169: En un triángulo ABC, con triángulos tangenciales externos A1B1C1, A2B2C2, A3B3C3 y triángulo tangencial interno A0B0C0. Demostrar que: 1/ρ0 = 1/h1 + 1/h2 + 1/h3 Donde: h1, h2 y h30 son alturas y r0 es el inradio del triángulo A0B0C0. Salazar, J.C. (2004): Propuesta personal Sea: S0 el área del triángulo A0B0C0. S1 el área del triángulo A1B1C1. S2 el área del triángulo A2B2C2. S3 el área del triángulo A3B3C3. Demostrar que 1 / S0= 1/ S1 + 1/S2 + 1/S3. Autor desconocido. Solución de José María Pedret, Ingeniero Naval, Esplugues de Llobregat (Barcelona) |
|
|
|
Dibujo del enunciado |
|
|
|
Marcha a seguir para la demostración |
|
a) |
Veremos la relación que existe entre el radio de la circunferencia inscrita y las tres alturas de un triángulo cualquiera. |
b) |
Aprovechando que los círculos ex-inscritos y el círculo inscrito son homotéticos. Relacionaremos las alturas de los triángulos tangenciales exteriores (1), (2), (3) con las alturas del triángulo tangencial interior (0). |
c) |
Combinaremos los resultados anteriores para concluir con el resultado buscado on los inversos de las alturas. (Correspondiente al problema 171) |
d) |
Con el resultado anterior (b) y (c) demostraremos el resultado pedido en el problema 169 |
Definiciones
|
|
|
|
a) |
LAS TRES ALTURAS Y EL RADIO INSCRITO DE UN TRIANGULO CUALQUIERA |
Con el fin de desarrollar la capacidad de observación de las figuras, el método usado, en este apartado, aprovecha las semejanzas de triángulos y las propiedades de los segmentos de las tangentes comunes a dos círculos. Con la construcción del enunciado, determinamos los puntos de contacto |
|
|
|
Teniendo en cuenta los triángulos que se forman con las bisectrices y partiendo de cada vértice hasta los puntos de contacto con el círculo inscrito
Escribamos el perímetro como suma de los segmentos anteriores y apliquemos la igualdad de segmentos
notando el semi-perímetro como s, nos queda
en el círculo ex-inscrito
y como
seguimos observando y
|
|
|
|
Veamos ahora, los radios del círculo inscrito y el ex-inscrito |
|
|
|
Triángulos a destacar de la figura, IC0A, AA2I2. Estos triángulos son rectángulos y son semejantes y por tanto:
Esta relación nos será muy útil más adelante. Al tener lados perpendiculares (ver marcas de ángulos en la figura), los triángulos rectángulos IC0A, AA2I2 también son semejantes y
Multiplicando las dos últimas ecuaciones obtenemos ρ y dividiendo obtenemos ρ2
|
|
|
|
Ahora
expresaremo
|
|
|
|
Sobre BC=a llevamos b=CAc y c=BAb, Como IB, IC son bisectrices de ABC, AAc y AAb son sus paralelas, entonces IBC y AAbAc son triángulos semejantes y por tanto:
|
|
expresión que nos permite expresar las alturas en función de los lados; pero nosotros expresaremos cada lado en función de lo anterior
por tanto, en un triángulo cualquiera
|
|
|
|
b) |
LAS ALTURAS DE LOS TRIANGULOS TANGENCIALES INTERIOR Y EXTERIOR |
Ahora vemos que los círculos son homotéticos
|
|
I e I2 están sobre la bisectriz del ángulo B los extremos de radios perpendiculares a II2 están, por ejemplo, en A0 y en C2 respectivamente y estos puntos están sobre BC, por lo tanto podemos decir que el círculo ex-inscrito es el transformado por una homotecia de centro B y razón la de los radios (aunque la razón no es necesaria hasta el final)
Resultado ya obtenido al observar la figura 3. Al ser homotéticos C2A2 es paralela a A0C0,. Por B0 trazamos la perpendicular B0HB0 a estas dos rectas que determina la altura hb0. Por B2 trazamos la perpendicular B2HB2 a estas dos rectas que determina la altura h2. |
|
|
|
B20 el punto medio de B0B2 es el punto medio de CA=b/2 y equidista de las paralelas C2A2 y A0C0,
Para ver la equidistancia sólo hay que observar la figura y recordar lo establecido en la figura 2
entonces A0C2A2C0 es un trapecio isósceles y como CC2=C0A y B20 es el punto medio de CA, B20 está sobre una paralela equidistante de las bases del trapecio |
|
|
|
|
|
entonces incluyendo este último resultado en la siguiente figura |
|
|
|
|
|
de donde los triángulos son simétricos respecto B20 y por tanto
y de aquí
|
|
|
|
c) |
RELACION DE ALTURAS E INRADIO DE LOS TRIANGULOS TANGENCIALES (171) |
|
|
|
|
Si en el triángulo A0B0C0, ρ0 es el radio de su círculo inscrito (en rojo en la figura) , se cumple
pero
entonces
|
|
|
|
d) |
RELACION DE AREAS DE LOS TRIANGULOS TANGENCIALES (169) |
|
|
Recordando la homotecia establecida entre el círculo inscrito y el ex-inscrito, tenemos tres homotecias de razones (figura 5)
Expresando las áreas de los triángulos como base por altura, tenemos
y de aquí
sustituyendo
hemos obtenido
c.q.d |
|