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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / G7 · geometry

2006 IMO Shortlist G7

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 2006 G7 geometry

In a triangle ABCA B C, let Ma,Mb,McM_{a}, M_{b}, M_{c} be respectively the midpoints of the sides BC,CAB C, C A, ABA B and Ta,Tb,TcT_{a}, T_{b}, T_{c} be the midpoints of the arcsBC,CA,AB\operatorname{arcs} B C, C A, A B of the circumcircle of ABCA B C, not containing the opposite vertices. For i{a,b,c}i \in\{a, b, c\}, let ωi\omega_{i} be the circle with MiTiM_{i} T_{i} as diameter. Let pip_{i} be the common external tangent to ωj,ωk({i,j,k}={a,b,c})\omega_{j}, \omega_{k}(\{i, j, k\}=\{a, b, c\}) such that ωi\omega_{i} lies on the opposite side of pip_{i} than ωj,ωk\omega_{j}, \omega_{k} do. Prove that the lines pa,pb,pcp_{a}, p_{b}, p_{c} form a triangle similar to ABCA B C and find the ratio of similitude. (Slovakia)

在三角形ABCA B C中,设MaMbMcM_{a}、M_{b}、M_{c}分别为边BCCAB C、C AABA B的中点,TaTbTcT_{a}、T_{b}、T_{c}ABCA B C外接圆的arcsBCCAAB\operatorname{arcs} B C、C A、A B的中点,不包含对边顶点。对于i{a,b,c}i \in\{a, b, c\},令ωi\omega_{i} 为以MiTiM_{i} T_{i} 为直径的圆。令 pip_{i}ωj,ωk({i,j,k}={a,b,c})\omega_{j}, \omega_{k}(\{i, j, k\}=\{a, b, c\}) 的公外切线,使得 ωi\omega_{i} 位于 pip_{i} 的相对侧,而 ωj,ωk\omega_{j}, \omega_{k} 则位于 pip_{i} 的对侧。证明线 papbpcp_{a}、p_{b}、p_{c} 形成一个与 ABCA B C 相似的三角形,并求相似比。 (斯洛伐克)

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。2006 年 IMO Shortlist G7 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?