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番外 · 题谱 · 2004 · P19

2004 IMO Shortlist S19

几何 · P3/P6 · 压轴题

题面据 IMO Shortlist 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。

IMO Shortlist 2004 S19 geometry

Let pp be an odd prime and nn a positive integer. In the coordinate plane, eight distinct points with integer coordinates lie on a circle with diameter of length pnp^{n} . Prove that there exists a triangle with vertices at three of the given points such that the squares of its side lengths are integers divisible by pn+1p^{n+1} .

*Proposed by Alexander Ivanov, Bulgaria*

pp 为奇素数,nn 为正整数。在坐标平面中,具有整数坐标的八个不同点位于直径为 pnp^{n} 的圆上。证明存在一个三角形,其顶点位于给定的三个点处,使得其边长的平方是可被 pn+1p^{n+1} 整除的整数。

*由保加利亚亚历山大·伊万诺夫提议*

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。2004 年 IMO Shortlist S19 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?