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第1問

三角形 ABCABC の AA-傍心を JJ とする。この傍接円は辺 BCBC に MM で、直線 ABAB,ACAC にそれぞれ KK,LL で接する。直線 LMLM と BJBJ の交点を FF、KMKM と CJCJ の交点を GG とし、SS を直線 AFAF と BCBC の交点、TT を直線 AGAG と BCBC の交点とする。MM が STST の中点であることを示せ。
ステップ 4/5: A から BC へ射影して S と T を求める
ざっくり言うと

重心座標において A を通る直線と対辺 BC の交点を求めるには、単に A 座標を 0 にし、B 座標と C 座標をそのまま残せばよい。

S=(0:a+c:−c),T=(0:−b:a+b)S=(0:a+c:-c),\quad T=(0:-b:a+b)
詳しい解説

A=(1:0:0)A=(1:0:0) であり直線 BCBC は x=0x=0 で与えられるので、AFAF と BCBC の交点は単に FF の第一座標を落とせばよく、S=AF∩BC=(0:a+c:−c)S=AF\cap BC=(0:a+c:-c)、同様に T=AG∩BC=(0:−b:a+b)T=AG\cap BC=(0:-b:a+b)、すなわち S=(0:a+c:−c),T=(0:−b:a+b)S=(0:a+c:-c),\quad T=(0:-b:a+b) が得られる。(0,a+c,−c)(0,a+c,-c) と (0,−b,a+b)(0,-b,a+b) はどちらも座標の和が aa に等しいので、aa で割れば SS と TT はともに正規化重心座標(座標の和が 11)になり、一方 M=(0:s−b:s−c)M=(0:s-b:s-c) は((s−b)+(s−c)=a(s-b)+(s-c)=a を用いて)(0,s−ba,s−ca)(0,\tfrac{s-b}{a},\tfrac{s-c}{a}) に正規化される。