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2011 USAMO 第 5 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 2011 P5 geometry

Let PP be a given point inside quadrilateral ABCDABCD. Points Q1Q_1 and Q2Q_2 are located within ABCDABCD such that Q1BC=ABP\angle Q_1 BC = \angle ABP, Q1CB=DCP\angle Q_1 CB = \angle DCP, Q2AD=BAP\angle Q_2 AD = \angle BAP, Q2DA=CDP\angle Q_2 DA = \angle CDP. Prove that Q1Q2AB\overline{Q_1 Q_2} \parallel \overline{AB} if and only if Q1Q2CD\overline{Q_1 Q_2} \parallel \overline{CD}.

PP 为四边形 ABCDABCD 内的给定点。点 Q1Q_1Q2Q_2 位于 ABCDABCD 内,使得 Q1BC=ABP\angle Q_1 BC = \angle ABPQ1CB=DCP\angle Q_1 CB = \angle DCPQ2AD=BAP\angle Q_2 AD = \angle BAPQ2DA=CDP\angle Q_2 DA = \angle CDP。证明 Q1Q2AB\overline{Q_1 Q_2} \parallel \overline{AB} 当且仅当 Q1Q2CD\overline{Q_1 Q_2} \parallel \overline{CD}

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。2011 年 USAMO P5 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?