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2007 USAMO 第 6 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 2007 P6 geometry

Let ABCABC be an acute triangle with ω\omega, Ω\Omega, and RR being its incircle, circumcircle, and circumradius, respectively. The circle ωA\omega_A is tangent internally to Ω\Omega at AA and externally tangent to ω\omega. Circle ΩA\Omega_A is internally tangent to Ω\Omega at AA and tangent internally to ω\omega. Let PAP_A and QAQ_A denote the centers of ωA\omega_A and ΩA\Omega_A, respectively. Define points PBP_B, QBQ_B, PCP_C, QCQ_C analogously. Prove that

8PAQAPBQBPCQCR3,8P_AQ_A \cdot P_BQ_B \cdot P_CQ_C \le R^3,

with equality if and only if triangle ABCABC is equilateral.

ABCABC 为锐角三角形,ω\omegaΩ\OmegaRR 分别为其内切圆、外接圆和外接半径。圆 ωA\omega_AAA 处与 Ω\Omega 内部相切,在 AA 处与 ω\omega 外部相切。圆 ΩA\Omega_AAA 处与 Ω\Omega 内切,并与 ω\omega 内切。令PAP_AQAQ_A分别表示ωA\omega_AΩA\Omega_A的中心。类似地定义点PBP_BQBQ_BPCP_CQCQ_C。证明

8PAQAPBQBPCQCR3,8P_AQ_A \cdot P_BQ_B \cdot P_CQ_C \le R^3,

相等当且仅当三角形 ABCABC 是等边的。

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。2007 年 USAMO P6 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?