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番外 · 题谱 · 1991 · P5

1991 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 1991 P5 geometry

Let D\, D \, be an arbitrary point on side AB\, AB \, of a given triangle ABC,\, ABC, \, and let E\, E \, be the interior point where CD\, CD \, intersects the external common tangent to the incircles of triangles ACD\, ACD \, and BCD\, BCD. As D\, D \, assumes all positions between A\, A \, and B\, B \,, prove that the point E\, E \, traces the arc of a circle.

$$

[asy] size(220); defaultpen(1); pair A=(0,0), B=(220,0), C=(18.7723,118.523); pair D=(72.6,0); pair Ia=incenter(A,D,C), Ib=incenter(B,D,C); pair Ta=(24.9758,52.5775),Tb=(86.6196,67.4129); pair E=IntersectionPoint((Ta--Tb),(C--D)); path Oa=circle(Ia,inradius(A,D,C)); path Ob=circle(Ib,inradius(B,D,C)); pair Da=IP(Oa,A--B), Db=IP(Ob,A--B); draw(D--C--A--B--C); draw(Ta--Tb); draw(Oa); draw(Ob); dot(A,linewidth(4)); dot(B,linewidth(4)); dot(C,linewidth(4)); dot(D,linewidth(4)); dot(E,linewidth(4)); dot(Ta,linewidth(4)); dot(Tb,linewidth(4)); label("AA",A,SW); label("BB",B,SE); label("CC",C,W); label("DD",D,S); label("EE",E,NNE); [/asy]

$$

D\, D \, 为给定三角形 ABC,\, ABC, \,AB\, AB \, 上的任意点,并设 E\, E \, 为内部点,其中 CD\, CD \, 与三角形 ACD\, ACD \,BCD\, BCD 的内切圆的外公切线相交。由于D\,D\,假设A\,A\,B\,B\,之间的所有位置,证明点E\,E\,追踪圆弧。

$$

[asy] 大小(220);默认笔(1);对 A=(0,0),B=(220,0),C=(18.7723,118.523);对 D=(72.6,0);对 Ia=incenter(A,D,C), Ib=incenter(B,D,C);对 Ta=(24.9758,52.5775),Tb=(86.6196,67.4129);对 E=IntersectionPoint((Ta--Tb),(C--D));路径 Oa=圆(Ia,半径(A,D,C));路径 Ob=圆(Ib,inradius(B,D,C));对 Da=IP(Oa,A--B), Db=IP(Ob,A--B);绘制(D--C--A--B--C);绘制(Ta--Tb);绘制(Oa);绘制(Ob);点(A,线宽(4));点(B,线宽(4));点(C,线宽(4));点(D,线宽(4));点(E,线宽(4));点(Ta,线宽(4));点(Tb,线宽(4));标签(“AA”,A,SW);标签(“BB”,B,SE);标签(“CC”,C,W);标签(“DD”,D,S);标签(“EE”,E,NNE); [/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。1991 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?