MathLabs

第1問

円に内接する四角形 ABCDABCD の辺 ABAB 上に中心を持つ円があり、残り三辺はすべてこの円に接している。AD+BC=ABAD + BC = AB であることを証明せよ。
ステップ 4/4: 両辺をまとめて証明を完成させる
ざっくり言うと

ABAB の両半分が、ADAD と BCBC を作っているのとまったく同じ四つの接線の断片で書き直された今、等式の両辺はまさに同じ部品から組み立てられていることになる。

AB=(AL+MC)+(BN+MD)=AD+BCAB = (AL+MC)+(BN+MD) = AD+BC
詳しい解説

AX=AL+LXAX=AL+LX と LX=MCLX=MC より AO=AL+MCAO=AL+MC が得られる。頂点 BB でも対称な議論(A↔BA\leftrightarrow B, D↔CD\leftrightarrow C を入れ替える)を行うと BO=BN+MDBO=BN+MD が得られる。両者を足すと AB=AO+OB=AL+MC+BN+MDAB=AO+OB=AL+MC+BN+MD となる。ステップ1で示した等しい接線の関係 MC=CNMC=CN、MD=DLMD=DL を用いると、これは AB=(AL+LD)+(BN+NC)=AD+BCAB=(AL+LD)+(BN+NC)=AD+BC となる。