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第5問

線分 ABAB の内部に任意の点 MM をとる。ABAB の同じ側に正方形 AMCDAMCD と MBEFMBEF を作り、それぞれの外接円の中心を PP と QQ とする。二つの外接円のもう一つの交点を NN とする。N′N' を直線 AFAF と BCBC の交点とする。(a) N=N′N=N' を証明せよ。(b) MM に依存しない固定点を MNMN が通ることを証明せよ。(c) MM が動くとき、PQPQ の中点の軌跡を求めよ。
ステップ 5/5: 正方形中心の中点の軌跡を求める
R=mid⁡(PQ)⟹d(R,AB)=AB4R=\operatorname{mid}(PQ)\quad\Longrightarrow\quad d(R,AB)=\frac{AB}{4}
詳しい解説

中心 PP と QQ はそれぞれ AM/2AM/2 と MB/2MB/2 の距離で ABAB から同じ側にある。したがって中点 RR の距離は (AM/2+MB/2)/2=AB/4(AM/2+MB/2)/2=AB/4 であり、ABAB からの距離である。MM が動くと、その ABAB 方向の射影は対応する区間を動くので、軌跡は ABAB に平行で距離 AB/4AB/4 の線分(MM が AA と BB に近づくときの端点間)である。