中点及外接菱形——第65届IMO P4解答

文摘   2024-07-19 00:02   比利时  

65IMO的第四题是一道几何题,作为P4,它的难度不高,但也算是合适的。

P4:

三角形ABCAB < AC < BC,其内心和内切圆分别为IωXBC上不同于C的一个点,满足过X平行于AC的直线与ω相切。类似地,YBC上不同于B的一个点,满足过Y平行于AB的直线与ω相切。AI再次交三角形ABC的外接圆于P ≠ AKL分别为ACAB的中点。

求证:KIL + YPX = 180˚

这道题的一个显著的着手点是两条平行于三角形两边的切线。不妨把这两条切线延伸开来,与三角形两条边形成一个平行四边形(因为AI是角平行线,实际上形成了一个菱形)。

解答如下:

令过Xω的切线交ABE,过Yω的切线交ACF,两条切线相交于Q

连接BQCQBPCP

因为EQ平行于ACFQ平行于AB,所以EAFQ是一个平行四边形。同时,该平行四边形的四条边皆为ω的切线,且AI是角平行线,所以EAFQ是一个菱形。

出于对称性,ω的圆心位于该菱形的对角线AQ上,即AIQ三点共线,且IAQ的中点。

因为KAC的中点,IAQ的中点,所以KI平行于CQKIA = CQA

同理,LIA = BQA

所以,KIL = CQB

因为PCAB四点共圆,BCP = BAP

AB平行于QF,有BAP = AQY

所以,YCP YQP互为补角,QYCP四点共圆。

因此,YPQ = YCQ

同理,XPQ = XBQ

在三角形BCQ中,CQB + YCQ + XBQ = 180°

所以,

KIL + YPQ + XPQ = KIL + YPX = 180°

证明完毕。

总结:通过平行四边形/菱形找到A关于I的对称点Q是比较明显的,然后利用中线定理将KIL平移到CQB,最后利用三角形的外接圆和两组平行线证明两组四点共圆,将待证明的三个角移动到同一个三角形内。


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