Problema 353 de triánguloscabri

En un triángulo rectángulo ABC, recto en C, sea CD una altura. Los círculos de centros P, Q e I están inscritos en los triángulos ACD, BCD y ABC, respectivamente. Demostrar que el segmento PQ es igual al segmento CI y es perpendicular a él.

Campo, S. (2005) Métodos sintéticos de la geometría. Edición de autor. Salamanca. (p.22)

Solución de Francisco Javier García Capitán

En primer lugar, aunque son muy conocidas, calculamos las distancias de los vértices a los puntos de la circunferencia inscrita.

siendo s = (a + b + c)/2. Esta fórmula es válida para un triángulo cualquiera, aunque en el caso del triángulo rectángulo la distancia r es también el radio de la circunferencia inscrita.

Ahora, si trazamos la altura CD, se forman los triángulos rectángulos BCD y ACD, ambos semejantes a ABC. Las longitudes AD, BD y CD son fácilmente calculables:

Observando que los triángulos CBD y ACD se obtienen al aplicar a ABC semejanzas con razones círculos inscritos en ACD y BCD pueden hallarse usando semejanzas de razones a/c y b/c, el radio de los círculos inscritos a estros triángulos será ar/c y br/c, respectivamente.

Entonces, en la figura tenemos:

Considerando a C el origen de coordenadas y a CA y CB los ejes, tenemos:

Una vez conseguidas las coordenadas cartesianas podemos comprobar que los vectores PQ y CI son perpendiculares y tienen el mismo módulo.