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今年第64屆IMO第二題幾何題的一些個人思路和證明

2023-07-09 16:15 作者:彭小櫻の彭斌帝  | 我要投稿

(ps:本人寫字比較爛,還請大家見諒) 首先我們來看一下這道幾何題

問題要求證明的是“ω在P處的切線與直線BS的交點在∠BAC的平分線上”。 筆者一般看到這種問題時,不著急去證明“共點”或者“共線”,而是先想一想,能不能把共點共線轉(zhuǎn)化為在初中時期經(jīng)常見到的幾何關(guān)系,比如“線段相等”,“平行垂直”,“相切”這種幾何關(guān)系。 筆者一般會優(yōu)先考慮初中常見的幾何關(guān)系,然后才是共線,最后是共點。當(dāng)然也有例外。 在本題中,我抱著這種思路,換了一種表述方式: “∠BAC的角平分線交BD于點M,證明MP為ω的切線”。 然而,⊙ω畢竟是△BLD的外接圓,圓心不太好表述出來,所以證明切線利用角度關(guān)系不太好證明。但是我們可以發(fā)現(xiàn),MDB是割線,所以想到切割線定理,有MP2=MD*MB。 接下來,利用AE⊥BC,OS⊥BC(O是Ω的圓心)這個平行關(guān)系,導(dǎo)角,利用相似。具體看第一步的圖片:

問題轉(zhuǎn)化為了“證明MP=MA”。 下一步,⊙ω是生成的圓,△BLD也是生成的三角形。所以我們可以想一想,能不能把“生成點”轉(zhuǎn)化為幾何關(guān)系,同時消去生成點,線,圓。 我個人認(rèn)為這算是一種消點的思想,這樣可以將復(fù)雜的圖形提取成簡單的圖形+一系列的幾何關(guān)系,抽絲剝繭,逐漸簡單。 再看回⊙ω,顯然點P是我們需要用到的點,暫時肯定不能先消去。所以可以考慮把△BLD及⊙ω的幾何關(guān)系向點P靠攏,再消去△BLD和⊙ω。具體如圖所示

第三步,“拓展幾何關(guān)系”。畢竟∠BPD=∠DAC還是不太好使用。這時候不妨利用一下圓的性質(zhì),延長了PD交⊙Ω于Q,通過角度相等變?yōu)榛¢L相等,再轉(zhuǎn)成別的角度相等,如圖所示:

我們居然得到了A,O,Q三點共線,這是很有用的,畢竟O是圓心。 這時候,有∠APT=90°,而我們要證明MP=MA,這就很明顯在提示“M是AT中點” 最開始,筆者嘗試通過證明“MO∥PQ”來說明MO是中位線,進而得到M是中點的事實。但是筆者能力有限,最終也沒證出來。所以嘗試直接證明M是中點。圖中有很多平行關(guān)系和相似關(guān)系,可以考慮用比例式,看看能不能通過“導(dǎo)邊”導(dǎo)出來“相等”。結(jié)果如圖所示:

AM=MT證出來后,就可以得到MP=MA,進而得到MP2=MA2=MD*MB,由切割線定理知MP是切線,Q.E.D! 總而言之,本題難度尚可,在高聯(lián)范圍內(nèi)(至少沒有那些平幾里面的陰間定理(笑))。個人的思路就是“消點”和“找?guī)缀侮P(guān)系,改變證明的命題”,“倒著來”。 還請各位批評指正!

今年第64屆IMO第二題幾何題的一些個人思路和證明的評論 (共 條)

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