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2015 APMO 第 4 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 2015 P4 geometry

Let nn be a positive integer. Consider 2n2 n distinct lines on the plane, no two of which are parallel. Of the 2n2 n lines, nn are colored blue, the other nn are colored red. Let B\mathcal{B} be the set of all points on the plane that lie on at least one blue line, and R\mathcal{R} the set of all points on the plane that lie on at least one red line. Prove that there exists a circle that intersects B\mathcal{B} in exactly 2n12 n-1 points, and also intersects R\mathcal{R} in exactly 2n12 n-1 points.

nn 为正整数。考虑平面上 2n2 n 条不同的线,其中没有两条是平行的。在 2n2 n 行中,nn 为蓝色,其他 nn 为红色。设 B\mathcal{B} 为平面上至少位于一条蓝线上的所有点的集合,R\mathcal{R} 为平面上至少位于一条红线上的所有点的集合。证明存在一个圆,它与 B\mathcal{B} 恰好在 2n12 n-1 点处相交,并且也与 R\mathcal{R} 恰好在 2n12 n-1 点处相交。

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。2015 年 APMO P4 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?