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2021哈佛麻省理工數(shù)學(xué)團(tuán)體賽第九題

 余佑官 2021-04-23

非等腰ABC的外心為O,內(nèi)心為I.內(nèi)切圓?與三邊BC、CA、AB分別切于點(diǎn)DE、F.過(guò)點(diǎn)DDPFE于點(diǎn)P,并與?交于點(diǎn)Q,過(guò)AATBC與直線OI交于點(diǎn)T.OTBC. 求證:PQ=PT.





      各輔助線如圖所示.AIABC外接圓交于點(diǎn)MMN為外接圓直徑,MNBCK.AI中點(diǎn)為R,ATABC外接圓交于點(diǎn)S,BC于點(diǎn)J.易知AFE∽⊿NBC,由熟知的結(jié)論知FP/EP=BD/CD(為節(jié)省篇幅,證明略)故D、P為位似對(duì)應(yīng)點(diǎn), M(MB)和圓I(IF)為位似對(duì)應(yīng)圓.






    由雞爪定理,MI=MB所以點(diǎn)I在圓M(MB)上,進(jìn)而IQ為位似對(duì)應(yīng)點(diǎn).

設(shè)AQI(IF)交于點(diǎn)T,由位似對(duì)應(yīng)關(guān)系,∠MNS=IAT’.

OIBCOI垂直平分MN于是∠IAT’=MNS=NMA=MAT=IAT,故T’T重合,即點(diǎn)QAT.

作出ABC的三個(gè)旁心如右圖:








    易知O為旁心三角形九點(diǎn)圓圓心,I為旁心三角形垂心,故OI為旁心三角形歐拉線,又DEF和旁心三角形順向相似,所以,故DEF的歐拉線和OI平行,則知DEF的垂心在OI上,即OIDP的交點(diǎn)HDEF的垂心。

由垂心性質(zhì)知PH=PQ,即點(diǎn)PHQ中點(diǎn),又HTQ為直角三角形,所以PQ=PT.

命題得證!

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