Problema 525

Sea H el ortocentro del triángulo . Demostrar que las circunferencias de diámetros  i  son ortogonales.

Alasia, C. (1900): La recente geometria del triangolo, problema 195, pag. 293

Solución de Ricard Peiró.

Dos circunferencias son ortogonales si las tangentes en los puntos secantes son perpendiculares.

Para que dos circunferencias sean ortogonales el triángulo que determinen los centros y cada uno de los puntos de corte son triángulos rectángulos y el ángulo recto lo forman los puntos de intersección de las circunferencias.

1.- Solución geométrica sin coordenadas.

Sea H el ortocentro del triángulo .

Sean AD, BE, CF las rectas altura del triángulo .

La circunferencia de diámetro  té centro N, el punto medio del segmento .

, entonces el punto D pertenece a la circunferencia.

Análogamente E pertenece a la circunferencia.

La circunferencia de diámetro  tiene centro M, el punto medio del segmento .

, entonces el punto D pertenece a la circunferencia.

Análogamente E pertenece a la circunferencia.

La intersección de las dos circunferencias son los puntos D, E.

Veamos que el cuadrilátero FMDN es inscribible en una circunferencia.

 es un ángulo central de circunferencia y abarca un arco .

 es un ángulo central de circunferencia y abarca un arco de .

Notemos que los ángulos ,  son suplementarios, entonces el cuadrilátero FMDN es inscribible en una circunferencia.

Por tanto los ángulos ,  son suplementarios.

Entonces,

Análogamente FMEN es un cuadrilátero inscribible y razonando de igual forma

.

Por tanto, las circunferencias son ortogonales.

2.- Demostración con coordenadas cartesianas.

Consideremos el triángulo  con las siguientes coordenadas cartesianas:

, , .

El centro de la circunferencia de diámetro  es el punto medio del segmento. Sus coordenadas son: .

El pie de la altura sobre el lado  té coordenadas: . La recta altura sobre el lado  tiene ecuación .

La recta altura sobre el lado  tiene ecuación .

La intersección de las rectas  es el ortocentro del triángulo que tiene coordenadas:

.

El centro N de la circunferencia de diámetro , es el punto medio del segmento , tiene coordenadas: .

El radio de la circunferencia de diámetro  es: .

El radio de la circunferencia de diámetro  es: .

, .

Aplicando el teorema de Pitágoras al triángulo rectángulo :

    .

.

Entonces, . Por tanto las dos circunferencias son ortogonales.