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2000 APMO 第 2 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 2000 P2 geometry

Given the following arrangement of circles:

Each of the numbers 1,2,,91,2, \ldots, 9 is to be written into one of these circles, so that each circle contains exactly one of these numbers and
(i) the sums of the four numbers on each side of the triangle are equal;
(ii) the sums of squares of the four numbers on each side of the triangle are equal.

Find all ways in which this can be done.
Answer: The only solutions are

and the ones generated by permuting the vertices, adjusting sides and exchanging the two middle numbers on each side.

给定以下圆圈排列:

每个数字 1,2,,91,2, \ldots, 9 都将被写入这些圆圈之一,以便每个圆圈恰好包含这些数字之一,并且
(i) 三角形每条边的四个数字之和相等;
(ii) 三角形每条边上的四个数的平方和相等。

找出所有可以做到这一点的方法。
答案:唯一的解决办法是

以及通过排列顶点、调整边并交换每边的两个中间数字而生成的。

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 APMO 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?