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第3問

ABCDABCD を円に内接する凸四角形とし、Γ\Gamma をその外接円とする。EE を対角線 ACAC と BDBD の交点とし、LL を辺 ABAB、BCBC、CDCD に接する円の中心とし、MM を AA と DD を含まない Γ\Gamma の弧 BCBC の中点とする。三角形 BCEBCE の頂点 EE に対する傍心が直線 LMLM 上にあることを証明せよ。
ステップ 2/8: L は B と C における角を二等分する
∠LBC=c+d2,∠LCB=a+d2\angle LBC=\tfrac{c+d}2,\quad \angle LCB=\tfrac{a+d}2
詳しい解説

直線 AB,BCAB,BC に接する円の中心は ∠ABC\angle ABC の内角二等分線上にあり、CDCD にも接するのでその中心は ∠BCD\angle BCD の内角二等分線上にもある。∠ABC=c+d\angle ABC=c+d、∠BCD=a+d\angle BCD=a+d(それぞれ自身の頂点を含まない弧に対する円周角)なので、∠LBC=c+d2\angle LBC=\tfrac{c+d}2、∠LCB=a+d2\angle LCB=\tfrac{a+d}2 となる。