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第1問

三角形 ABCABC の垂心を HH とする。MM, NN をそれぞれ辺 ABAB, ACAC の中点とする。HH が四角形 BMNCBMNC の内部にあり、三角形 BMHBMH と CNHCNH の外接円が互いに接しているとする。HH を通り BCBC に平行な直線が三角形 BMHBMH と CNHCNH の外接円とそれぞれ点 KK, LL で交わるとする。MKMK と NLNL の交点を FF とし、三角形 MHNMHN の内心を JJ とする。FJ=FAFJ = FA であることを証明せよ。
ステップ 2/7: F は三角形 AMN の内部にある
F∈int⁡(△AMN)F \in \operatorname{int}(\triangle AMN)
詳しい解説

BMHBMH の外接円の一部が三角形 ABCABC の外側にあるため、点 KK と NN は直線 AMAM に関して反対側にある。同様に LL と MM は直線 ANAN に関して反対側にある。また KK と LL は MNMN に関して HH と同じ側にあり、AA とは反対側である。これらの位置関係から、MKMK と NLNL の交点 FF は三角形 AMNAMN の内部にある。