2015年IMO几何预选题第2题

△ A B C \triangle ABC ABC 中, D D D, E E E B C BC BC ( D (D (D 靠近 B ) B) B), A D = A E AD=AE AD=AE, 作以 A A A 为圆心, A D AD AD 为半径的圆, 交 ( A B C ) (ABC) (ABC) F F F, G ( F G (F G(F 在不含 C C C 的弧 A B AB AB 上), ( B D K ) (BDK) (BDK) A B AB AB B B B, K K K, ( C E G ) (CEG) (CEG) A C AC AC L L L. 求证: F K FK FK G L GL GL O A OA OA 上.

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证明:
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显然, O A OA OA 垂直平分 F G FG FG, 只需证明 ∠ K F G = ∠ L G F \angle KFG = \angle LGF KFG=LGF.

A B AB AB F G FG FG M M M, 设 A C AC AC F G FG FG N N N.

∠ K F G = ∠ A M N − ∠ F K B \angle KFG=\angle AMN-\angle FKB KFG=AMNFKB. ∠ L G F = ∠ A N M − ∠ G L C \angle LGF=\angle ANM-\angle GLC LGF=ANMGLC.

∠ A M N = ∠ F A B + ∠ A F G \angle AMN=\angle FAB+\angle AFG AMN=FAB+AFG.

∠ A N M = ∠ G A C + ∠ A G F \angle ANM=\angle GAC+\angle AGF ANM=GAC+AGF.

∠ A M N − ∠ A N M = ∠ F A B − ∠ G A C \angle AMN-\angle ANM=\angle FAB-\angle GAC AMNANM=FABGAC.

∠ F K B − ∠ G L C = ∠ F D B − ∠ G E C = ∠ F A E 2 − ∠ D A G 2 = ∠ F A D − ∠ E A G 2 \angle FKB-\angle GLC=\angle FDB-\angle GEC=\frac{\angle FAE}{2}-\frac{\angle DAG}{2}=\frac{\angle FAD-\angle EAG}{2} FKBGLC=FDBGEC=2FAE2DAG=2FADEAG.

∠ F A D − ∠ E A G = ( ∠ F A B − ∠ G A C ) + ( ∠ B A D − ∠ E A C ) \angle FAD-\angle EAG=(\angle FAB-\angle GAC)+(\angle BAD-\angle EAC) FADEAG=(FABGAC)+(BADEAC).

∠ B A D − ∠ E A C = ( ∠ A D E − ∠ A B C ) − ( ∠ A E D − ∠ A C B ) = ∠ A C B − ∠ A B C = ( ∠ A G F + ∠ F A B ) − ( ∠ A F G + ∠ G A C ) = ∠ F A B − ∠ G A C \angle BAD-\angle EAC=(\angle ADE-\angle ABC)-(\angle AED-\angle ACB)=\angle ACB-\angle ABC=(\angle AGF+\angle FAB)-(\angle AFG+\angle GAC)=\angle FAB-\angle GAC BADEAC=(ADEABC)(AEDACB)=ACBABC=(AGF+FAB)(AFG+GAC)=FABGAC.

∠ F A D − ∠ E A G = 2 ( ∠ F A B − ∠ G A C ) \angle FAD-\angle EAG=2(\angle FAB-\angle GAC) FADEAG=2(FABGAC).

∠ F K B − ∠ G L C = ∠ F A D − ∠ E A G 2 = ∠ F A B − ∠ G A C \angle FKB-\angle GLC=\frac{\angle FAD-\angle EAG}{2}=\angle FAB-\angle GAC FKBGLC=2FADEAG=FABGAC.

∴ \therefore ∠ A M N − ∠ A N M = ∠ F K B − ∠ G L C \angle AMN-\angle ANM=\angle FKB-\angle GLC AMNANM=FKBGLC, 进而 ∠ K F G = ∠ L G F \angle KFG=\angle LGF KFG=LGF.

证毕.

2025年1月11日

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