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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / G6 · geometry

2007 IMO Shortlist G6

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 2007 G6 geometry

Determine the smallest positive real number kk with the following property. Let ABCDA B C D be a convex quadrilateral, and let points A1,B1,C1A_{1}, B_{1}, C_{1} and D1D_{1} lie on sides AB,BCA B, B C, CDC D and DAD A, respectively. Consider the areas of triangles AA1D1,BB1A1,CC1B1A A_{1} D_{1}, B B_{1} A_{1}, C C_{1} B_{1}, and DD1C1D D_{1} C_{1}; let SS be the sum of the two smallest ones, and let S1S_{1} be the area of quadrilateral A1B1C1D1A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}. Then we always have kS1Sk S_{1} \geq S. (U.S.A.) Answer. k=1k=1.

使用以下属性确定最小正实数 kk。设ABCDA B C D为凸四边形,并设点A1B1C1A_{1}、B_{1}、C_{1}D1D_{1}分别位于边ABBCA B、B CCDC DDAD A上。考虑三角形 AA1D1BB1A1CC1B1A A_{1} D_{1}、B B_{1} A_{1}、C C_{1} B_{1}DD1C1D D_{1} C_{1} 的面积;设 SS 为两个最小数之和,S1S_{1} 为四边形 A1B1C1D1A_{1} B_{1} C_{1} D_{1} 的面积。那么我们总是有 kS1Sk S_{1} \geq S。 (美国)回答。 k=1k=1

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。2007 年 IMO Shortlist G6 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?