В окружность вписан равносторонний треугольник ABC, M – середина стороны AB, N — середина стороны BC. Докажите, что для любой точки K, лежащей на окружности, величина угла MKN не превосходит 60°.
Опишем окружность вокруг треугольника BMN. Она касается внутренним образом в точке B описанной около треугольника ABC окружности, поскольку точка B и центры окружностей лежат на одной прямой. Пусть сначала точка К лежит выше горизонтальной прямой MN. Пусть L — точка пересечения отрезка KN и меньшей окружности. Угол MLN равен 60°, и, следовательно, угол KLM равен 120°. Значит, угол MKN не превосходит 60°.
Заметим, что в приведенном рассуждении не играет никакой роли то обстоятельство, что точка лежит на окружности. Важно лишь, что она находится выше прямой MN и вне окружности, описанной около треугольника BMN.
Пусть теперь точка расположена ниже прямой MN (этот случай на рисунке не отражен). Рассмотрим точку симметричную точке относительно прямой MN. Углы MK1N и MKN, очевидно, равны. Точка лежит выше прямой MN и вне меньшей окружности. По доказанному, угол MK1N не превосходит 60°. Утверждение доказано полностью.