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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / G2 · geometry

2011 IMO Shortlist G2

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 2011 G2 geometry

Let A1A2A3A4A_{1} A_{2} A_{3} A_{4} be a non-cyclic quadrilateral. Let O1O_{1} and r1r_{1} be the circumcenter and the circumradius of the triangle A2A3A4A_{2} A_{3} A_{4}. Define O2,O3,O4O_{2}, O_{3}, O_{4} and r2,r3,r4r_{2}, r_{3}, r_{4} in a similar way. Prove that 1O1A12r12+1O2A22r22+1O3A32r32+1O4A42r42=0\frac{1}{O_{1} A_{1}^{2}-r_{1}^{2}}+\frac{1}{O_{2} A_{2}^{2}-r_{2}^{2}}+\frac{1}{O_{3} A_{3}^{2}-r_{3}^{2}}+\frac{1}{O_{4} A_{4}^{2}-r_{4}^{2}}=0

A1A2A3A4A_{1} A_{2} A_{3} A_{4} 为非循环四边形。设O1O_{1}r1r_{1}为三角形A2A3A4A_{2} A_{3} A_{4}的外心和外接半径。以类似的方式定义 O2O3O4O_{2}、O_{3}、O_{4}r2r3r4r_{2}、r_{3}、r_{4}。证明 1O1A12r12+1O2A22r22+1O3A32r32+1O4A42r42=0\frac{1}{O_{1} A_{1}^{2}-r_{1}^{2}}+\frac{1}{O_{2} A_{2}^{2}-r_{2}^{2}}+\frac{1}{O_{3} A_{3}^{2}-r_{3}^{2}}+\frac{1}{O_{4} A_{4}^{2}-r_{4}^{2}}=0

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。2011 年 IMO Shortlist G2 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?