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第2問

AB<ACAB<AC を満たす三角形 ABCABC を考える。DD を ∠BAC\angle BAC の内角の二等分線と三角形 ABCABC の外接円との交点とする。ZZ を ACAC の垂直二等分線と ∠BAC\angle BAC の外角の二等分線との交点とする。線分 ABAB の中点が三角形 ADZADZ の外接円上にあることを証明せよ。
ステップ 5/6: 角度計算で AD′∥BDAD'\parallel BD を示す
β:=∠ABC=∠ADC,∠BAD′=α+β=∠ABD  ⟹  AD′∥BD\beta:=\angle ABC=\angle ADC,\quad \angle BAD'=\alpha+\beta=\angle ABD \implies AD'\parallel BD
詳しい解説

β=∠ABC=∠ADC\beta=\angle ABC=\angle ADC とおく。AA の周りの角の和 (∠D′AZ+∠ZAD+∠DAB+∠BAD′=360∘\angle D'AZ+\angle ZAD+\angle DAB+\angle BAD'=360^\circ) と四角形 AZCDAZCD の内角の和 (∠DCZ+∠ZAD+∠CZA+∠ADC=360∘\angle DCZ+\angle ZAD+\angle CZA+\angle ADC=360^\circ) を取り、合同から得られる等しい項 ∠D′AZ=∠DCZ\angle D'AZ=\angle DCZ および ∠ZAD=90∘\angle ZAD=90^\circ、∠CZA=2α\angle CZA=2\alpha を消去すると、∠BAD′=α+β\angle BAD'=\alpha+\beta が得られ、これは ∠ABD\angle ABD に等しい。等しい錯角より AD′∥BDAD'\parallel BD を得る。