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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / G4 · geometry

2019 IMO Shortlist G4

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 2019 G4 geometry

Let PP be a point inside triangle ABCA B C. Let APA P meet BCB C at A1A_{1}, let BPB P meet CAC A at B1B_{1}, and let CPC P meet ABA B at C1C_{1}. Let A2A_{2} be the point such that A1A_{1} is the midpoint of PA2P A_{2}, let B2B_{2} be the point such that B1B_{1} is the midpoint of PB2P B_{2}, and let C2C_{2} be the point such that C1C_{1} is the midpoint of PC2P C_{2}. Prove that points A2,B2A_{2}, B_{2}, and C2C_{2} cannot all lie strictly inside the circumcircle of triangle ABCA B C. (Australia)

PP 为三角形 ABCA B C 内的一点。让APA PA1A_{1}BCB C 相交,让BPB PB1B_{1}CAC A 相交,并让CPC PC1C_{1}ABA B 相交。令A2A_{2} 为点,使得A1A_{1}PA2P A_{2} 的中点,令B2B_{2} 为点,使得B1B_{1}PB2P B_{2} 的中点,并令C2C_{2} 为点,使得C1C_{1}PC2P C_{2} 的中点。证明点 A2B2A_{2}、B_{2}C2C_{2} 不能全部严格位于三角形 ABCA B C 的外接圆内。 (澳大利亚)

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。2019 年 IMO Shortlist G4 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?