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#49
幾何
★★★☆☆

AB=AC なる二等辺三角形 ABC において, その内心を I, 外接円を Γ とする. 直線 BI,CIΓ とそれぞれ M(B),N(C) で交わる. 弧 BC (A を含まない方) 上に点 D があり, 直線 BI,CIAD とそれぞれ E,F で交わる. 直線 DMCI の交点を P, DNBI の交点を Q としたとき, 四点 D,I,P,Q はある円 Ω の周上にあり, 直線 CEBFΩ 上で交わることを示せ.

宿田:前半はangle-chaseで終わり
馬杉:そうだね
平山:えっ、P,Q の仕事そんだけ?
渡辺ΩP,Q 使って定義されるからまだじゃない
宿田:でもこれ弧 BC の中点 S 通りそうだしな…
兒玉:ほんまか?
馬杉:angle-chaseで自明ですはい
兒玉:二等辺じゃん…
渡辺BFCE の交点 K にしますか
宿田SQNSPM が相似 (多分もう使わない)
平山:Miquelだね
平石IP=BQ (多分もう使わない)
平山E,FD にしか拠り所が無くて、謎
平石BCIK って共円に見えるんだけどどう?
平山:予想が世界一上手
宿田S が中心になるんか
兒玉:それ示せた、EIDCEBDK が共円で、方べき
渡辺:兒玉さんの共円はどっちもangle-chaseで言えますね
平石EBDK の共円どう言うの
宿田FBDI の共円使う
平山:いやマジで共円だらけで草
渡辺KDE=EDI が言えて終わりでは
兒玉:終わってね?S って中心だから ISK=2ICK=IDK
平山:終わってた…
平石:ほんまや

  • 工事中

BDCD として一般性を失わない. ABM=MBC=BCN=NCA=θ とおけば, NDM=NDA+ADM=2θ=BCN+MBC=BIN より 四点 D,I,P,Q は同一円周上 Ω に存在する.

次に BFCE の交点 KΩ 上に存在することを示す. BD=CD のときは自明であるから, BD<CD とする.

ADC=ABC=2θ=NIB より, 四点 I,E,D,C は同一円周上に存在する. 同様に I,F,D,B も同一円周上に存在する. さらに FBD=CID=CED より 四点 E,K,B,D が同一円周上に存在する.

以上より, 方べきの定理から以下が成り立つから, 四点 I,K,B,C も同一円周上に存在する. この円を ω とする. FB×FK=FD×FE=FC×FI  ここで ABC の外接円の A を含まない弧 BC の中点を S とすると, well-known factとして円 ω の中心は S である. さらに SDN=180SAN=90+θ より SIQ+SDQ=180 であるから, SΩ 上にある. 以上より ISK=2ICK=ICK+IBK=IDE+EDK=IDK が従うから, 四点 I,S,D,K は同一円周上にある. これは Ω であるから, 特に題意は示された.