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第4問

鋭角三角形 ABCABC の辺 BCBC 上に点 PP、QQ を、∠PAB=∠BCA\angle PAB=\angle BCA、∠CAQ=∠ABC\angle CAQ=\angle ABC となるようにとる。点 MM、NN をそれぞれ直線 APAP、AQAQ 上に、PP が AMAM の中点、QQ が ANAN の中点となるようにとる。直線 BMBM と CNCN の交点が三角形 ABCABC の外接円上にあることを証明せよ。
ステップ 1/5: 準備:底辺での2つの相似三角形
β:=∠QAC=∠CBA,γ:=∠PAB=∠ACB  ⟹  △ABP∼△CAQ\beta := \angle QAC = \angle CBA, \quad \gamma := \angle PAB = \angle ACB \implies \triangle ABP \sim \triangle CAQ
詳しい解説

仮定より β=∠QAC=∠CBA\beta=\angle QAC=\angle CBA、γ=∠PAB=∠ACB\gamma=\angle PAB=\angle ACB とおく。三角形 ABPABP では AA における角は γ\gamma、BB における角は ∠ABC=β\angle ABC=\beta であり、三角形 CAQCAQ では CC における角は γ\gamma、AA における角は β\beta である。これらの等しい角の組を対応させると △ABP∼△CAQ\triangle ABP\sim\triangle CAQ(A↔CA\leftrightarrow C、B↔AB\leftrightarrow A)となり、BPPA=AQQC\dfrac{BP}{PA}=\dfrac{AQ}{QC} を得る。