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第1問

三角形 ABCABC が「great」であるとは、辺 BCBC 上の任意の点 DD について、DD から直線 ABAB、ACAC に下ろした垂線の足をそれぞれ PP、QQ とするとき、DD を直線 PQPQ に関して反転した点が三角形 ABCABC の外接円上にあることをいう。三角形 ABCABC が great であることと、∠A=90∘\angle A=90^\circ かつ AB=ACAB=AC であることが同値であることを証明せよ。
ステップ 1/5: AA からの二等分線上に DD を取る
PQ⊥ADPQ \perp AD
詳しい解説

ABCABC が great であると仮定する。DD を ∠BAC\angle BAC の二等分線と BCBC の交点とし、PP、QQ をそれぞれ DD から ABAB、ACAC に下ろした垂線の足とする。ADAD は ∠A\angle A を二等分するので、PP と QQ は半直線 ABAB、ACAC 上にあり、直線 ADAD に関して互いに対称である。したがって PQPQ は ADAD に垂直である。DD を直線 PQPQ に関して反転した点を D′D' とすると、great の条件より D′D' は三角形 ABCABC の外接円上にある。