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第3問

PQRSPQRS を円に内接する四角形とし、直線 PQPQ と RSRS は平行でないとする。P,QP,Q を通る円と R,SR,S を通る円の接点全体の集合を A\mathcal A とする。A\mathcal A を求めよ。
ステップ 4/5: 任意の接点から候補円を復元する
TV⋅TV1=TP⋅TQ=TR⋅TS=TV⋅TV2⟹V1=V2=VTV\cdot TV_1=TP\cdot TQ=TR\cdot TS=TV\cdot TV_2\Longrightarrow V_1=V_2=V
詳しい解説

逆に V∈AV\in\mathcal A とする。二つの円が一致するなら、それらは CC であり V∈CV\in C である。一致しない場合、直線 TVTV と二円のもう一つの交点をそれぞれ V1,V2V_1,V_2 とする。点 TT の冪より TV⋅TV1=TP⋅TQTV\cdot TV_1=TP\cdot TQ、TV⋅TV2=TR⋅TSTV\cdot TV_2=TR\cdot TS である。第一段の等式と T≠VT\ne V から TV1=TV2TV_1=TV_2、したがって V1=V2=VV_1=V_2=V である。ゆえに TVTV は接線で TV2=r2TV^2=r^2 となる。