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第2問

三角形 ABCABC において、辺 ABAB 上に点 DD が存在して CDCD が ADAD と DBDB の相乗平均になるのは、sin⁡Asin⁡B≤sin⁡2C2\sin A \sin B \le \sin^2 \frac{C}{2} が成り立つとき、かつそのときに限ることを証明せよ。
ステップ 2/6: 目標となる距離を示す平行線
F=foot of the altitude from C,C′=reflection of C through F,L∥AB through C′F=\text{foot of the altitude from }C,\quad C'=\text{reflection of }C\text{ through }F,\quad L\parallel AB\text{ through }C'
詳しい解説

CC から ABAB への垂線の足を FF とし、C′C' を点 FF に関する CC の対称点とする。C′C' を通り ABAB に平行な直線を LL とすると、LL は CC とは反対側で ABAB から距離 CFCF の位置にある。ABAB 上の任意の点 DD に対し、直線 CDCD が LL と点 E′E' で交わるならば、DD は(ABAB に垂直な方向で)ちょうど CC と E′E' の中間に位置し、DE′=DCDE'=DC が得られる。したがって、手順1の条件 DC=DEDC=DE は、直線 CDCD と外接円との第2交点 EE がこの点 E′E' と一致すること、すなわち EE が直線 LL 上にあることを意味する。