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2021哈佛麻省理工数学团体赛第九题

 余佑官 2021-04-23

非等腰ABC的外心为O,内心为I.内切圆与三边BCCAAB分别切于点DEF.过点DDPFE于点P,并与交于点Q,AATBC与直线OI交于点T.OTBC. 求证:PQ=PT.





      各辅助线如图所示.AIABC外接圆交于点MMN为外接圆直径,MNBCK.AI中点为RATABC外接圆交于点S,BC于点J.易知AFE∽⊿NBC,由熟知的结论知FP/EP=BD/CD(为节省篇幅,证明略)故DP为位似对应点, M(MB)和圆I(IF)为位似对应圆.






    由鸡爪定理,MI=MB所以点I在圆M(MB)上,进而IQ为位似对应点.

AQI(IF)交于点T,由位似对应关系,∠MNS=IAT’.

OIBCOI垂直平分MN于是∠IAT’=MNS=NMA=MAT=IAT,故T’T重合,即点QAT.

作出ABC的三个旁心如右图:








    易知O为旁心三角形九点圆圆心,I为旁心三角形垂心,故OI为旁心三角形欧拉线,又DEF和旁心三角形顺向相似,所以,故DEF的欧拉线和OI平行,则知DEF的垂心在OI上,即OIDP的交点HDEF的垂心。

由垂心性质知PH=PQ,即点PHQ中点,又HTQ为直角三角形,所以PQ=PT.

命题得证!

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