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番外 · 题谱 · 2009 · P5

2009 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 2009 P5 geometry

Trapezoid ABCDABCD, with ABCD\overline{AB}||\overline{CD}, is inscribed in circle ω\omega and point GG lies inside triangle BCDBCD. Rays AGAG and BGBG meet ω\omega again at points PP and QQ, respectively. Let the line through GG parallel to AB\overline{AB} intersect BD\overline{BD} and BC\overline{BC} at points RR and SS, respectively. Prove that quadrilateral PQRSPQRS is cyclic if and only if BG\overline{BG} bisects CBD\angle CBD.

梯形 ABCDABCDABCD\overline{AB}||\overline{CD} 内接于圆 ω\omega,点 GG 位于三角形 BCDBCD 内。光线AGAGBGBG分别在PPQQ处再次与ω\omega相遇。让通过GGAB\overline{AB}平行的线分别与BD\overline{BD}BC\overline{BC}相交于点RRSS。证明四边形PQRSPQRS是循环的当且仅当BG\overline{BG}平分CBD\angle CBD

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。2009 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?