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番外 · 题谱 · 1972 · P5

1972 USAMO 第 5 题

几何 · P2/P5 · 中段题

题面据 USAMO 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。

USAMO 1972 P5 geometry

A given convex pentagon ABCDEABCDE has the property that the area of each of the five triangles ABCABC, BCDBCD, CDECDE, DEADEA, and EABEAB is unity. Show that all pentagons with the above property have the same area, and calculate that area. Show, furthermore, that there are infinitely many non-congruent pentagons having the above area property.

$$

[asy] size(120); defaultpen(fontsize(10)); pair A=dir(90), B=dir(90-72), C=dir(90-2*72), D=dir(90-3*72), E=dir(90-4*72); draw(A--B--C--D--E--cycle); draw(A--C--E--B--D--cycle); label("A",A,A);label("B",B,B);label("C",C,C);label("D",D,D);label("E",E,E); [/asy]

$$

给定的凸五边形 ABCDEABCDE 具有以下属性:五个三角形 ABCABCBCDBCDCDECDEDEADEAEABEAB 中每个三角形的面积均为 1。证明具有上述性质的所有五边形具有相同的面积,并计算该面积。此外,证明存在无限多个具有上述面积性质的非全等五边形。

$$

[asy] 大小(120);默认笔(字体大小(10));对 A=dir(90), B=dir(90-72), C=dir(90-2*72), D=dir(90-3*72), E=dir(90-4*72);绘制(A--B--C--D--E--循环);绘制(A--C--E--B--D--循环);标签("A",A,A);标签("B",B,B);标签("C",C,C);标签("D",D,D);标签("E",E,E); [/asy]

$$

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。1972 年 USAMO P5 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?