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番外 · 题谱 · 1976 · P2

1976 USAMO 第 2 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 1976 P2 geometry

If AA and BB are fixed points on a given circle and XYXY is a variable diameter of the same circle, determine the locus of the point of intersection of lines AXAX and BYBY. You may assume that ABAB is not a diameter.

$$

[asy] size(300); defaultpen(fontsize(8)); real r=10; picture pica, picb; pair A=r*expi(5*pi/6), B=r*expi(pi/6), X=r*expi(pi/3), X1=r*expi(-pi/12), Y=r*expi(4*pi/3), Y1=r*expi(11*pi/12), O=(0,0), P, P1; P = extension(A,X,B,Y);P1 = extension(A,X1,B,Y1); path circ1 = Circle((0,0),r); draw(pica, circ1);draw(pica, B--A--P--Y--X);dot(pica,P^^O); label(pica,"AA",A,(-1,1));label(pica,"BB",B,(1,0));label(pica,"XX",X,(0,1));label(pica,"YY",Y,(0,-1));label(pica,"PP",P,(1,1));label(pica,"OO",O,(-1,1));label(pica,"(a)",O+(0,-13),(0,0)); draw(picb, circ1);draw(picb, B--A--X1--Y1--B);dot(picb,P1^^O); label(picb,"AA",A,(-1,1));label(picb,"BB",B,(1,1));label(picb,"XX",X1,(1,-1));label(picb,"YY",Y1,(-1,0));label(picb,"PP'",P1,(-1,-1));label(picb,"OO",O,(-1,-1)); label(picb,"(b)",O+(0,-13),(0,0)); add(pica); add(shift(30*right)*picb); [/asy]

$$

如果AABB是给定圆上的固定点,并且XYXY是同一圆的可变直径,则确定线AXAXBYBY的交点的轨迹。您可以假设 ABAB 不是直径。

$$

[asy] 大小(300);默认笔(字体大小(8));实数r=10;图片 pica、picb;对 A=r*expi(5*pi/6)、B=r*expi(pi/6)、X=r*expi(pi/3)、X1=r*expi(-pi/12)、Y=r*expi(4*pi/3)、Y1=r*expi(11*pi/12)、O=(0,0)、P、P1; P = 扩展名(A,X,B,Y);P1 = 扩展名(A,X1,B,Y1);路径 circ1 = 圆((0,0),r);画(异食癖,circ1);画(异食癖,B--A--P--Y--X);点(异食癖,P^^O);标签(异食癖,"AA",A,(-1,1));标签(异食癖,"BB",B,(1,0));标签(异食癖,"XX",X,(0,1));标签(异食癖,"YY", Y,(0,-1));标签(异食癖,"PP",P,(1,1));标签(异食癖,"OO",O,(-1,1));标签(异食癖,"(a)",O+(0,-13),(0,0));绘制(picb,circ1);绘制(picb,B--A--X1--Y1--B);点(picb,P1^^O);标签(picb,"AA",A,(-1,1));标签(picb,"BB",B,(1,1));标签(picb,"XX",X1,(1,-1));la贝尔(picb,"YY",Y1,(-1,0));标签(picb,"PP'",P1,(-1,-1));标签(picb,"OO",O,(-1,-1));标签(picb,"(b)",O+(0,-13),(0,0));添加(异食癖);添加(移位(30*右)*picb); [/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。1976 年 USAMO 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?