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第3問

三角形 ABCABC の頂点 AA に対する傍接円が辺 BCBC と接する点を A1A_1 とする。同様に、頂点 BB、CC に対する傍接円を用いて、辺 CACA 上の点 B1B_1、辺 ABAB 上の点 C1C_1 を定める。三角形 A1B1C1A_1B_1C_1 の外心が三角形 ABCABC の外接円上にあるとする。このとき、三角形 ABCABC は直角三角形であることを証明せよ。
ステップ 1/5: 弧の中点に関する補題を使う
BC1=CB1,XC1=XB1,X=midpoint of the major arc BCBC_1=CB_1,\quad XC_1=XB_1,\quad X=\text{midpoint of the major arc }BC
詳しい解説

円 (AB1C1)(AB_1C_1) と Ω=(ABC)\Omega=(ABC) のもう一つの交点を XX とする。傍接円の接線長の関係から BC1=CB1BC_1=CB_1。従って XX を中心として △XBC1\triangle XBC_1 を △XCB1\triangle XCB_1 に移す螺旋相似は合同写像であり、XC1=XB1XC_1=XB_1 となる。よって XX は Ω\Omega の弧 BCBC(大弧)の中点である。他の二頂点について同様に YY と ZZ を定めると、YY と ZZ はそれぞれ A1C1A_1C_1 と A1B1A_1B_1 の垂直二等分線上にある。