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1997 APMO 第 1 题

题面据 APMO 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。

APMO 1997 P1 geometry

Let ABCABC be a triangle inscribed in a circle and let

la=maMa ,  lb=mbMb ,  lc=mcMc ,l_a = \frac{m_a}{M_a} \ , \ \ l_b = \frac{m_b}{M_b} \ , \ \ l_c = \frac{m_c}{M_c} \ ,

where mam_a , mbm_b , mcm_c are the lengths of the angle bisectors (internal to the triangle) and MaM_a , MbM_b , McM_c are the lengths of the angle bisectors extended until they meet the circle. Prove that

lasin2A+lbsin2B+lcsin2C3\frac{l_a}{\sin^2 A} + \frac{l_b}{\sin^2 B} + \frac{l_c}{\sin^2 C} \geq 3

and that equality holds iff ABCABC is an equilateral triangle.

ABCABC 为一个内切于圆的三角形,并令

la=maMa ,  lb=mbMb ,  lc=mcMc ,l_a = \frac{m_a}{M_a} \ , \ \ l_b = \frac{m_b}{M_b} \ , \ \ l_c = \frac{m_c}{M_c} \ ,

其中 mam_ambm_bmcm_c 是角平分线(三角形内部)的长度, MaM_aMbM_bMcM_c 是角平分线延伸直到与圆相交的角平分线的长度。证明

lasin2A+lbsin2B+lcsin2C3\frac{l_a}{\sin^2 A} + \frac{l_b}{\sin^2 B} + \frac{l_c}{\sin^2 C} \geq 3

并且当且仅当 ABCABC 是等边三角形时,该等式成立。

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。1997 年 APMO 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?