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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / G5 · geometry

2020 IMO Shortlist G5

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 2020 G5 geometry

Let ABCDA B C D be a cyclic quadrilateral with no two sides parallel. Let K,L,MK, L, M, and NN be points lying on sides AB,BC,CDA B, B C, C D, and DAD A, respectively, such that KLMNK L M N is a rhombus with KLACK L \| A C and LMBDL M \| B D. Let ω1,ω2,ω3\omega_{1}, \omega_{2}, \omega_{3}, and ω4\omega_{4} be the incircles of triangles ANKA N K, BKL,CLMB K L, C L M, and DMND M N, respectively. Prove that the internal common tangents to ω1\omega_{1} and ω3\omega_{3} and the internal common tangents to ω2\omega_{2} and ω4\omega_{4} are concurrent. (Poland)

ABCDA B C D 为没有两条边平行的循环四边形。设 KLMK、L、MNN 分别为边 ABBCCDA B、B C、C DDAD A 上的点,使得 KLMNK L M N 是菱形,KLACK L \| A CLMBDL M \| B D。设ω1ω2ω3\omega_{1}、\omega_{2}、\omega_{3}ω4\omega_{4}分别为三角形ANKA N KBKLCLMB K L、C L MDMND M N的内切圆。证明 ω1\omega_{1}ω3\omega_{3} 的内公切线与 ω2\omega_{2}ω4\omega_{4} 的内公切线是并发的。 (波兰)

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。2020 年 IMO Shortlist G5 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?