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番外 · 闲灯 / IMO Shortlist / G5 · geometry

2021 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 2021 G5 geometry

Let ABCDA B C D be a cyclic quadrilateral whose sides have pairwise different lengths. Let OO be the circumcentre of ABCDA B C D. The internal angle bisectors of ABC\angle A B C and ADC\angle A D C meet ACA C at B1B_{1} and D1D_{1}, respectively. Let OBO_{B} be the centre of the circle which passes through BB and is tangent to ACA C at D1D_{1}. Similarly, let ODO_{D} be the centre of the circle which passes through DD and is tangent to ACA C at B1B_{1}. Assume that BD1DB1B D_{1} \| D B_{1}. Prove that OO lies on the line OBODO_{B} O_{D}.

ABCDA B C D 是一个循环四边形,其边长成对不同。令 OOABCDA B C D 的外心。 ABC\angle A B CADC\angle A D C 的内角平分线分别在 B1B_{1}D1D_{1} 处与 ACA C 相交。令 OBO_{B} 为穿过 BB 并在 D1D_{1} 处与 ACA C 相切的圆心。同样,设 ODO_{D} 为穿过 DD 并在 B1B_{1} 处与 ACA C 相切的圆心。假设 BD1DB1B D_{1} \| D B_{1}。证明 OO 位于直线 OBODO_{B} O_{D} 上。

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。2021 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?