Треугольник ABC, в котором AB > AC, вписан в окружность с центром в точке O. В нём проведены высоты AA' и BB', и BB' повторно пересекает описанную окружность в точке N. Пусть M — середина отрезка AB. Докажите, что если ∠OBN = ∠NBC, то прямые AA', ON и MB' пересекаются в одной точке.
Поскольку дано равенство углов ∠OBN = ∠NBC, имеет место один из двух случаев:
• они равны как ориентированные углы, то есть N и C по разные стороны от OB,
• они противоположны как ориентированные углы, то есть N и C по одну сторону от OB. Тогда O лежит на BC, откуда угол ∠A прямой. В этом случае A = B' = N, и пересечение прямых AA', MB', ON тривиально. Далее этот случай мы рассматривать не будем.
Имеем ∠CAA1 = 90° − ∠C = ∠CBN = ∠NBO = α. Поскольку O — центр окружности, ∠AOB = 2∠ACB = 180° − 2α, откуда ∠BAO = ∠ABO = α, аналогично ∠ONB = α (равнобедренный треугольник 4OBN). Как легко убедиться, H и N симметричны относительно AC (HN⊥AC и ∠ANC = 180° − ∠B = ∠A1HC1 = ∠AHC, так как BA1HC1 вписанный), так что ∠CAN = α. Обозначим через X точку пересечения ON и AA1. Докажем, что через неё проходит также и MB1. Поскольку ∠XAB1 = ∠XNB1, четырёхугольник AXB1N вписанный, а тогда ∠AXN прямой и ∠NXB1 = α. Поскольку ∠AMO = ∠AXO = 90°, четырёхугольник AMOX вписанный, а тогда ∠MAO = ∠MXO = α. Это означает, что точки M, X, B1 лежат на одной прямой.