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第2問

OO を外心とする三角形 ABCABC を考える。点 PP, QQ はそれぞれ辺 CACA, ABAB の内点とする。線分 BPBP, CQCQ, PQPQ の中点をそれぞれ KK, LL, MM とし、KK, LL, MM を通る円を Γ\Gamma とする。直線 PQPQ が円 Γ\Gamma に接するとき、OP=OQOP = OQ であることを証明せよ。
ステップ 3/4: 相似三角形から積の等式を得る
△AQP∼△MLK  ⟹  AQ⋅QB=AP⋅PC\triangle AQP \sim \triangle MLK \implies AQ\cdot QB = AP\cdot PC
詳しい解説

三角形 AQPAQP は ∠QAP=∠BAC=∠KML\angle QAP=\angle BAC=\angle KML(手順1)と ∠AQP=∠MLK\angle AQP=\angle MLK(手順2)を満たすので、角角相似により △AQP∼△MLK\triangle AQP\sim\triangle MLK(対応は A↔M, Q↔L, P↔KA\leftrightarrow M,\ Q\leftrightarrow L,\ P\leftrightarrow K)。この相似から AQAP=MLMK\dfrac{AQ}{AP}=\dfrac{ML}{MK} を得る。手順1の MLMK=PCQB\dfrac{ML}{MK}=\dfrac{PC}{QB} と合わせると AQAP=PCQB\dfrac{AQ}{AP}=\dfrac{PC}{QB}、すなわち AQ⋅QB=AP⋅PCAQ\cdot QB=AP\cdot PC となる。