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番外 · 题谱 · 2000 · P5

2000 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 2000 P5 geometry

Let A1A2A3A_1A_2A_3 be a triangle and let ω1\omega_1 be a circle in its plane passing through A1A_1 and A2.A_2. Suppose there exist circles ω2,ω3,,ω7\omega_2, \omega_3, \dots, \omega_7 such that for k=2,3,,7,k = 2, 3, \dots, 7, ωk\omega_k is externally tangent to ωk1\omega_{k - 1} and passes through AkA_k and Ak+1,A_{k + 1}, where An+3=AnA_{n + 3} = A_{n} for all n1n \ge 1. Prove that ω7=ω1.\omega_7 = \omega_1.

A1A2A3A_1A_2A_3 为三角形,ω1\omega_1 为穿过 A1A_1A2.A_2. 的平面内的圆。 假设存在圆 ω2,ω3,,ω7\omega_2, \omega_3, \dots, \omega_7,使得对于 k=2,3,,7,k = 2, 3, \dots, 7, ωk\omega_kωk1\omega_{k - 1} 外切并穿过 ωk1\omega_{k - 1} AkA_kAk+1,A_{k + 1},,其中 An+3=AnA_{n + 3} = A_{n} 对于所有 n1n \ge 1。证明 ω7=ω1.\omega_7 = \omega_1.

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。2000 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?