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番外 · 题谱 · 2020 · P1

2020 USAMO 第 1 题

几何 · P1/P4 · 起手题

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 2020 P1 geometry

Let ABCABC be a fixed acute triangle inscribed in a circle ω\omega with center OO. A variable point XX is chosen on minor arc ABAB of ω\omega, and segments CXCX and ABAB meet at DD. Denote by O1O_1 and O2O_2 the circumcenters of triangles ADXADX and BDXBDX, respectively. Determine all points XX for which the area of triangle OO1O2OO_1O_2 is minimized.

ABCABC 是一个固定的锐角三角形,内接于以 OO 为圆心的圆 ω\omega。在ω\omega的短弧ABAB上选择一个变量点XX,线段CXCXABABDD处相交。分别用 O1O_1O2O_2 表示三角形 ADXADXBDXBDX 的外心。确定使三角形 OO1O2OO_1O_2 的面积最小化的所有点 XX

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。2020 年 USAMO P1 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?