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第3問

ABAB と ACAC を同一直線上にない相異なる二つの半直線とし、ω\omega を中心 OO の円で、半直線 ACAC に点 EE で、半直線 ABAB に点 FF で接するものとする。RR を線分 EFEF 上の点とする。OO を通り EFEF に平行な直線が直線 ABAB と交わる点を PP とする。直線 PRPR と ACAC の交点を NN、直線 ABAB と RR を通り ACAC に平行な直線との交点を MM とする。直線 MNMN が ω\omega に接することを証明せよ。
ステップ 4/5: 平行を導く比を取り出す
AM′M′P=NEEQ=NRRP  ⟹  M′R∥AC\frac{AM'}{M'P}=\frac{NE}{EQ}=\frac{NR}{RP} \implies M'R\parallel AC
詳しい解説

AA と NN が △M′YP\triangle M'YP と △EOQ\triangle EOQ の相似で対応するので、それらを通る辺は比例する:AM′M′P=NEEQ\dfrac{AM'}{M'P}=\dfrac{NE}{EQ}。RR が線分 EFEF 上にあり PO∥EFPO\parallel EF であることから、この配置はさらに NEEQ=NRRP\dfrac{NE}{EQ}=\dfrac{NR}{RP} を与える。直線 ABAB 上でのこの比の等式は(△APN\triangle APN に適用した平行線の逆定理により)まさに M′R∥ACM'R\parallel AC の条件である。