MathLabs

第2問

5点 A,B,C,D,EA, B, C, D, E を、ABCDABCD が平行四辺形で BCEDBCED が円に内接する四角形となるように取る。AA を通る直線を ℓ\ell とする。ℓ\ell が線分 DCDC の内部と FF で交わり、直線 BCBC と GG で交わるとする。さらに EF=EG=ECEF = EG = EC と仮定する。ℓ\ell が角 DABDAB の二等分線であることを証明せよ。
ステップ 2/4: CF < CG のとき E からの高さを比較する
ざっくり言うと

等しい脚 EF=ECEF = EC をもつ二つの二等辺三角形では、底辺が短い方の高さが長い。

CF<CG  ⟹  KF=CF2<CG2=LC  ⟹  KE=EF2−KF2>EC2−LC2=LECF < CG \implies KF = \frac{CF}{2} < \frac{CG}{2} = LC \implies KE = \sqrt{EF^2 - KF^2} > \sqrt{EC^2 - LC^2} = LE
詳しい解説

CF<CGCF < CG と仮定する。EK⊥DCEK \perp DC と EL⊥BCEL \perp BC を、EE から二等辺三角形 ECFECF(EF=ECEF = EC)と EGCEGC(EG=ECEG = EC)へ下ろした高さとする。このとき KK と LL はそれぞれ CFCF と CGCG の中点である。KF=CF2<CG2=LCKF = \dfrac{CF}{2} < \dfrac{CG}{2} = LC であり、EF=ECEF = EC なので、直角三角形 EKFEKF と ELCELC の三平方の定理から KE=EF2−KF2>EC2−LC2=LEKE = \sqrt{EF^2 - KF^2} > \sqrt{EC^2 - LC^2} = LE を得る。