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第1問

ABCABC を満たす鋭角三角形を AB≠ACAB\ne AC とする。BCBC を直径とする円は辺 ABAB、ACAC とそれぞれ点 MM、NN で交わる。辺 OO の中点を BCBC とする。角 ∠BAC\angle BAC と角 ∠MON\angle MON の二等分線は点 RR で交わる。三角形 BMRBMR と CNRCNR の外接円が辺 BCBC 上に共通点を持つことを証明せよ。
ステップ 4/4: BCBC 上の共通点を得る
ざっくり言うと

有向角の等式により、BCBC との第二交点が一致する。

angleCNR+angleRMB=180circimpliesextthecircles(CNR)extand(BMR)extmeetagainonBCangle CNR+angle RMB=180^circimplies ext{the circles }(CNR) ext{ \quad\text{and}\quad }(BMR) ext{ meet again on }BC
詳しい解説

(CNR)(CNR) と BCBC の第二交点を KK とする。∠ACB=a\angle ACB=a、∠CBA=b\angle CBA=b、∠ONR=∠RMO=k\angle ONR=\angle RMO=k と置く。円周四角形 AMRNAMRN と RR が MNMN と ARAR が ∠A\angle A を二等分することから ∠RMN=90∘−a2−b2\angle RMN=90^\circ-\frac a2-\frac b2 を得る。一方、MM で角を追うと ∠RMN=180∘−a−b−k\angle RMN=180^\circ-a-b-k なので a+b+2k=180∘a+b+2k=180^\circ。さらに ∠CNR=a+k\angle CNR=a+k、∠RMB=b+k\angle RMB=b+k だから ∠CNR+∠RMB=180∘\angle CNR+\angle RMB=180^\circ。したがって KK は (BMR)(BMR) 上にもあり、BCBC 上の共通点が得られる。