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2010 USAMO 第 1 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 2010 P1 geometry

Let AXYZBAXYZB be a convex pentagon inscribed in a semicircle of diameter ABAB. Denote by P,Q,R,SP, Q, R, S the feet of the perpendiculars from YY onto lines AX,BX,AZ,BZAX, BX, AZ, BZ, respectively. Prove that the acute angle formed by lines PQPQ and RSRS is half the size of ∠XOZ\angle XOZ, where OO is the midpoint of segment ABAB.

令 AXYZBAXYZB 为内接于直径为 ABAB 的半圆的凸五边形。分别用 P、Q、R、SP、Q、R、S 表示从 YY 到线 AX、BX、AZ、BZAX、BX、AZ、BZ 的垂线的脚。证明直线 PQPQ 和 RSRS 形成的锐角是 ∠XOZ\angle XOZ 大小的一半,其中 OO 是线段 ABAB 的中点。

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。2010 年 USAMO P1 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?