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第6問

ABCABC を外接円 Γ\Gamma をもつ鋭角三角形とする。ℓ\ell を Γ\Gamma の接線とし、ℓa\ell_a, ℓb\ell_b, ℓc\ell_c をそれぞれ ℓ\ell を直線 BCBC, CACA, ABAB に関して反射して得られる直線とする。直線 ℓa,ℓb,ℓc\ell_a,\ell_b,\ell_c が定める三角形の外接円が円 Γ\Gamma に接することを示せ。
ステップ 1/6: 図形を複素数に置き換える
ざっくり言うと

外接円を単位円とすると、各頂点は絶対値1の複素数になり、その円上の任意の点での接線には既製の公式がある。

z+t2zˉ=2tz+t^2\bar z=2t
詳しい解説

Γ\Gamma を複素平面上の単位円とし、a,b,c,ta,b,c,t をそれぞれ A,B,CA,B,C と ℓ\ell の接点 TT を表す絶対値1の複素数とする。単位円上の点 tt における接線が z+t2zˉ=2tz+t^2\bar z=2t で表されることは標準的な事実である。実際 z=tz=t はこれを満たす(t+t2⋅(1/t)=2tt+t^2\cdot(1/t)=2t)。係数 t2t^2 の絶対値が1であることが、これが単なる一点ではなく本当に直線であることを保証する。