如图,已知锐角 $\triangle ABC$ 的外接圆半径 $R=1,\angle BAC=60^\circ,\triangle ABC$ 的垂心和外心分别为 $H$ 和 $O$,连接 $OH$ 与 $BC$ 的延长线交于点 $P$.$(1)$ 求凹四边形 $ABHC$ 的面积;
$(2)$ 求 $PO\cdot OH$ 的值.
【难度】
【出处】
【标注】
【答案】
$(1)$ $\dfrac {\sqrt 3}2$
【解析】
如图,连接 $AH$,作 $OD\perp BC$ 于点 $D$,由 $O$ 为 $\triangle ABC$ 的外心及 $\angle BAC=60^\circ $ 知,\[\begin{split}&\angle BOC=2\angle BAC=120^\circ,\\&OD=OC\cos 60^\circ =\dfrac 12. \end{split}\]由欧拉线的性质知 $AH=2OD=1$.由正弦定理知$$BC=2R\sin \angle BAC=\sqrt 3.$$所以凹四边形 $ABHC$ 的面积为 $\dfrac 12AH\cdot BC=\dfrac {\sqrt 3}2$.$(2)$ $1$ \quad 提示:由于$$\angle BOC=2\angle BAC=120^\circ,$$又因为 $H$ 为 $\triangle ABC$ 的垂心,所以\[\begin{split}\angle BHC&=180^\circ -(\angle HBC+\angle HCB)\\&=180^\circ -\angle BAC\\&=120^\circ. \end{split}\]因此 $B,C,H,O$ 四点共圆,$PO\cdot PH=PB\cdot PC$.
又因为 $O$ 为 $\triangle ABC$ 的外心,并结合圆幂定理知,$$PB\cdot PC=PO^2-R^2.$$因此$$PO\cdot PH=PB\cdot PC=PO^-R^2,$$可知$$PO^2-PO\cdot PH=1,$$即 $PO\cdot OH=1$.
答案 解析 备注
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