Для доказательства данного утверждения о пересечении биссектрис в треугольнике воспользуемся методом углового многоугольника (ГМУ).
Пусть у нас есть треугольник ABC. Докажем, что две биссектрисы внешних углов и одна биссектриса внутреннего угла треугольника пересекаются в одной точке.
Проведем биссектрису внутреннего угла A. Пусть она пересекает сторону BC в точке D.
Теперь рассмотрим две биссектрисы внешних углов. Проведем биссектрису внешнего угла в точке A и обозначим точку пересечения с прямой BC как E. Аналогично проводим биссектрису внешнего угла по стороне AB (точка пересечения с точкой D обозначается как F).
Рассмотрим углы, образованные биссектрисами внутреннего и внешних углов:
- Можно заметить, что угол ADB и угол EDF являются вертикальными углами и равны между собой.
- Угол BAD и угол FDE являются внешними углами треугольника DAB и равны половине внешнего угла DAB, то есть они также равны.
Из пункта 3 мы имеем, что угол BAD равен углу FDE. Теперь рассмотрим треугольники ADB и DEF:
- Угол BAD равен углу FDE.
- Угол ADB равен углу EDF (по построению).
- Сторона AD общая для обоих треугольников.
По признаку углов треугольников (УУК) получаем, что треугольники ADB и DEF подобны.
Так как треугольники ADB и DEF подобны, то соответственно углы DBA и EDF равны, а значит отрезки AF и CE параллельны.
Теперь рассмотрим треугольники ABF и CDE:
- Угол AFB равен углу DEC, так как это внешние углы для равных углов EDF и DBA.
- Угол ABF равен углу CDE, так как они дополняют углы BAD и FDE до прямого угла.
- Сторона AB общая для обоих треугольников.
Снова по признаку углов треугольников (УУК) получаем, что треугольники ABF и CDE также подобны.
Это означает, что соответственно отрезки DF и BE параллельны.
Итак, мы доказали, что отрезки AF и CE, а также DF и BE, параллельны. Из этого следует, что они пересекаются в одной точке, что и требовалось доказать. Таким образом, две биссектрисы внешних углов и одна биссектриса внутреннего угла треугольника пересекаются в одной точке.