灯下 登录

2000 USAMO 第 2 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 2000 P2 geometry

Let SS be the set of all triangles ABCABC for which

5(1AP+1BQ+1CR)3min{AP,BQ,CR}=6r,5 \left( \dfrac{1}{AP} + \dfrac{1}{BQ} + \dfrac{1}{CR} \right) - \dfrac{3}{\min\{ AP, BQ, CR \}} = \dfrac{6}{r},

where rr is the inradius and P,Q,RP, Q, R are the points of tangency of the incircle with sides AB,BC,CA,AB, BC, CA, respectively. Prove that all triangles in SS are isosceles and similar to one another.

SS 为所有三角形 ABCABC 的集合,其中

5(1AP+1BQ+1CR)3min{AP,BQ,CR}=6r,5 \left( \dfrac{1}{AP} + \dfrac{1}{BQ} + \dfrac{1}{CR} \right) - \dfrac{3}{\min\{ AP, BQ, CR \}} = \dfrac{6}{r},

其中 rr 是内半径,PQRP、Q、R 分别是边 ABBCCAAB、BC、CA、 的内切圆的切点。证明 SS 中的所有三角形都是等腰三角形并且彼此相似。

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。2000 年 USAMO P2 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?