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1997 USAMO 第 4 题

题面据 USAMO 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。

USAMO 1997 P4 geometry

To clip a convex nn-gon means to choose a pair of consecutive sides AB,BCAB, BC and to replace them by three segments AM,MN,AM, MN, and NC,NC, where MM is the midpoint of ABAB and NN is the midpoint of BCBC. In other words, one cuts off the triangle MBNMBN to obtain a convex (n+1)(n+1)-gon. A regular hexagon P6P_6 of area 11 is clipped to obtain a heptagon P7P_7. Then P7P_7 is clipped (in one of the seven possible ways) to obtain an octagon P8P_8, and so on. Prove that no matter how the clippings are done, the area of PnP_n is greater than 13\frac{1}{3}, for all n6n\ge6.

裁剪凸 nn-gon 意味着选择一对连续的边 ABBCAB、BC 并用三个线段 AMMNAM、MN、NC,NC, 替换它们,其中 MMABAB 的中点,NNBCBC 的中点。换句话说,将三角形 MBNMBN 切掉以获得凸 (n+1)(n+1)-边形。面积 11 的正六边形 P6P_6 被裁剪以获得七边形 P7P_7。然后 P7P_7 被剪裁(以七种可能的方式之一)以获得八边形 P8P_8,依此类推。证明无论如何剪裁,对于所有 n6n\ge6PnP_n 的面积都大于 13\frac{1}{3}

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。1997 年 USAMO P4 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?