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番外 · 题谱 · 2003 · P2

2003 APMO 第 2 题

几何 · P2/P5 · 中段题

题面据 APMO 可核档案整理;中文题意为本站自译,公式请以原始来源为准。

APMO 2003 P2 geometry

Suppose ABCDA B C D is a square piece of cardboard with side length aa. On a plane are two parallel lines 1\ell_{1} and 2\ell_{2}, which are also aa units apart. The square ABCDA B C D is placed on the plane so that sides ABA B and ADA D intersect 1\ell_{1} at EE and FF respectively. Also, sides CBC B and CDC D intersect 2\ell_{2} at GG and HH respectively. Let the perimeters of AEF\triangle A E F and CGH\triangle C G H be m1m_{1} and m2m_{2} respectively. Prove that no matter how the square was placed, m1+m2m_{1}+m_{2} remains constant.

假设 ABCDA B C D 是一块边长为 aa 的方形纸板。平面上有两条平行线 1\ell_{1}2\ell_{2},它们也相距 aa 个单位。将正方形 ABCDA B C D 放置在平面上,使得边 ABA BADA D 分别与 1\ell_{1} 相交于 EEFF。此外,边 CBC BCDC D 分别与 2\ell_{2} 相交于 GGHH。设AEF\triangle A E FCGH\triangle C G H的周长分别为m1m_{1}m2m_{2}。证明无论正方形如何放置,m1+m2m_{1}+m_{2} 保持不变。

提示 1

先标出固定点、动点、角、圆和长度关系。

提示 2

尝试角追、相似、圆幂、面积比、反演或坐标化中的一种。

提示 3

把关键等式还原成标准定理,或补出一个让结构闭合的辅助点。

完整解答

这页先给题面、题型和提示阶梯,完整证明留给读者逐步展开。2003 年 APMO P2 可先归入几何:第一步把题设翻成对象、条件、目标三行;第二步沿提示寻找不变量、标准构型或关键变形;第三步补齐边界情形,并回到题目原要求核对。

这题适合先独立想一轮再打开提示。不要急着搜索完整解答,先问自己:题面里最硬的限制是哪一句?