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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / S10 · geometry

2004 IMO Shortlist S10

题面据 IMO Shortlist 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。

IMO Shortlist 2004 S10 geometry

Let OO be the circumcenter of an acute-angled triangle ABCABC with ∠B<∠C{\angle B<\angle C} . The line AOAO meets the side BCBC at DD . The circumcenters of the triangles ABDABD and ACDACD are EE and FF , respectively. Extend the sides BABA and CACA beyond AA , and choose on the respective extensions points GG and HH such that AG=AC{AG=AC} and AH=AB{AH=AB} . Prove that the quadrilateral EFGHEFGH is a rectangle if and only if ∠ACB−∠ABC=60∘{\angle ACB-\angle ABC=60^{\circ }} .

*Proposed by Hojoo Lee, Korea*

设 OO 为锐角三角形 ABCABC 的外心,其中 ∠B<∠C{\angle B<\angle C} 。线 AOAO 在 DD 处与边 BCBC 相交。三角形 ABDABD 和 ACDACD 的外心分别是 EE 和 FF 。将边 BABA 和 CACA 延伸到 AA 之外,并在相应的延伸点 GG 和 HH 上进行选择,使得 AG=AC{AG=AC} 和 AH=AB{AH=AB} 。证明四边形 EFGHEFGH 是矩形当且仅当 ∠ACB−∠ABC=60∘{\angle ACB-\angle ABC=60^{\circ }} 。

*由韩国 Hojoo Lee 提出*

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。2004 年 IMO Shortlist S10 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?