MathLabs

第4問

円に内接する四角形 ABCDABCD を考える。P,Q,RP,Q,R をそれぞれ DD から直線 BC,CA,ABBC,CA,AB へ下ろした垂線の足とする。PQ=QRPQ=QR と、角 ABCABC と ADCADC の二等分線が線分 ACAC 上で交わることが同値であることを示せ。
ステップ 2/7: 複比で中点を表す
ざっくり言うと

中点は、その直線の無限遠点との調和関係で表せる。

cr⁡(P,R;Q,I∞)=−1\operatorname{cr}(P,R;Q,I_\infty)=-1
詳しい解説

シムソン線の方向の無限遠点を I∞I_\infty とし、アフィン座標で cr⁡(X,Y;Z,I∞)=(z−x)/(z−y)\operatorname{cr}(X,Y;Z,I_\infty)=(z-x)/(z-y) と定める。q=(p+r)/2q=(p+r)/2 なら cr⁡(P,R;Q,I∞)=−1\operatorname{cr}(P,R;Q,I_\infty)=-1 であり、逆にこの式から 2q=p+r2q=p+r が従う。従って PQ=QR  ⟺  cr⁡(P,R;Q,I∞)=−1PQ=QR\iff\operatorname{cr}(P,R;Q,I_\infty)=-1 である。