En el cuadrado ABCD, los puntos E,F,G, y H están en los lados AB,BC,CD, y DA, respectivamente, de modo que EG⊥FH y EG=FH=34. Los segmentos EG y FH se cortan en un punto P, y las áreas de los cuadriláteros AEPH,BFPE,CGPF, y DHPG están en la razón 269:275:405:411. Halla el área del cuadrado ABCD.
On square ABCD, points E,F,G, and H lie on sides AB,BC,CD, and DA, respectively, so that EG⊥FH and EG=FH=34. Segments EG and FH intersect at a point P, and the areas of the quadrilaterals AEPH,BFPE,CGPF, and DHPG are in the ratio 269:275:405:411. Find the area of square ABCD.
Coloca B=(0,0),C=(s,0),D=(s,s),A=(0,s), con E=(0,e),F=(f,0),G=(s,g),H=(h,s). Las regiones AEPH y DHPG juntas forman el trapecio AEGD, de área 2s((s−e)+(s−g)); como 1360269+411=21, esto es la mitad de s2, lo que obliga a e+g=s, es decir, EG pasa por el centro. De igual modo, AEPH y BFPE forman el trapecio ABFH de área 2s(f+h)=1360269+275s2=52s2, así que f+h=54s. La perpendicularidad de las direcciones (s,g−e) y (h−f,s) da h−f=e−g. Escribiendo δ=g−e, obtenemos E=(0,2s−δ),G=(s,2s+δ),F=(52s+2δ,0),H=(52s−2δ,s), y EG=34 da s2+δ2=1156.
Intersecar las rectas EG y FH (y simplificar con s2+δ2=1156) da P=(2s−11560s3,2s−11560s2δ), y la fórmula del zapatero (shoelace) sobre A,E,P,H da entonces [AEPH]=5s2−231200s3δ. Igualar esto a 1360269s2 deja 13603s2=231200s3δ, así que sδ=510.
Ahora s2+δ2=1156 y s2δ2=260100, así que s2 y δ2 son las raíces de t2−1156t+260100=0, que son 21156±544=850 y 306. Como ∣δ∣=∣g−e∣<s, el área es s2=850.
Place B=(0,0),C=(s,0),D=(s,s),A=(0,s), with E=(0,e),F=(f,0),G=(s,g),H=(h,s). The regions AEPH and DHPG together form the trapezoid AEGD, of area 2s((s−e)+(s−g)); since 1360269+411=21, this is half of s2, forcing e+g=s, i.e. EG passes through the center. Likewise AEPH and BFPE form the trapezoid ABFH of area 2s(f+h)=1360269+275s2=52s2, so f+h=54s. Perpendicularity of the directions (s,g−e) and (h−f,s) gives h−f=e−g. Writing δ=g−e, we get E=(0,2s−δ),G=(s,2s+δ),F=(52s+2δ,0),H=(52s−2δ,s), and EG=34 gives s2+δ2=1156.
Intersecting lines EG and FH (and simplifying with s2+δ2=1156) yields P=(2s−11560s3,2s−11560s2δ), and the shoelace formula on A,E,P,H then gives [AEPH]=5s2−231200s3δ. Setting this equal to 1360269s2 leaves 13603s2=231200s3δ, so sδ=510.
Now s2+δ2=1156 and s2δ2=260100, so s2 and δ2 are the roots of t2−1156t+260100=0, which are 21156±544=850 and 306. Since ∣δ∣=∣g−e∣<s, the area is s2=850.