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番外 · 题谱 · 2002 · P2

2002 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 2002 P2 geometry

Let ABCABC be a triangle such that

(cotA2)2+(2cotB2)2+(3cotC2)2=(6s7r)2,\left( \cot \frac{A}{2} \right)^2 + \left( 2 \cot \frac{B}{2} \right)^2 + \left( 3 \cot \frac{C}{2} \right)^2 = \left( \frac{6s}{7r} \right)^2,

where ss and rr denote its semiperimeter and inradius, respectively. Prove that triangle ABCABC is similar to a triangle TT whose side lengths are all positive integers with no common divisor and determine those integers.

ABCABC 为三角形,使得

(cotA2)2+(2cotB2)2+(3cotC2)2=(6s7r)2,\left( \cot \frac{A}{2} \right)^2 + \left( 2 \cot \frac{B}{2} \right)^2 + \left( 3 \cot \frac{C}{2} \right)^2 = \left( \frac{6s}{7r} \right)^2,

其中ssrr分别表示其半周长和内半径。证明三角形 ABCABC 与边长均为无公约数的正整数的三角形 TT 相似,并确定这些整数。

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。2002 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?