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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / G8 · geometry

2019 IMO Shortlist G8

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 G8 geometry

Let L\mathcal{L} be the set of all lines in the plane and let ff be a function that assigns to each line L\ell \in \mathcal{L} a point f()f(\ell) on \ell. Suppose that for any point XX, and for any three lines 1,2,3\ell_{1}, \ell_{2}, \ell_{3} passing through XX, the points f(1),f(2),f(3)f\left(\ell_{1}\right), f\left(\ell_{2}\right), f\left(\ell_{3}\right) and XX lie on a circle. Prove that there is a unique point PP such that f()=Pf(\ell)=P for any line \ell passing through PP. (Australia)

L\mathcal{L} 为平面中所有直线的集合,并令 ff 为函数,为 L\ell \in \mathcal{L} 中的每条直线分配 \ell 上的点 f()f(\ell)。假设对于任意点XX,以及通过XX的任意三条直线123\ell_{1}、\ell_{2}、\ell_{3},点f(1)f(2)f(3)f\left(\ell_{1}\right)、f\left(\ell_{2}\right)、f\left(\ell_{3}\right)XX位于圆上。证明对于任何穿过PP的线\ell,存在唯一点PP使得f()=Pf(\ell)=P。 (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 G8 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?