MathLabs

第4問

三角形 ABCABC の外接円を Ω\Omega、外心を OO とする。中心 AA の円 Γ\Gamma は線分 BCBC と2点 DD, EE で交わり、BB, DD, EE, CC はすべて異なり、この順に直線 BCBC 上に並んでいるとする。FF, GG を Γ\Gamma と Ω\Omega の交点とし、AA, FF, BB, CC, GG がこの順に Ω\Omega 上に並んでいるとする。KK を三角形 BDFBDF の外接円と線分 ABAB の2つ目の交点とし、LL を三角形 CGECGE の外接円と線分 ACAC の2つ目の交点とする。直線 FKFK と GLGL が異なり、点 XX で交わるとする。XX が直線 AOAO 上にあることを証明せよ。
ステップ 2/5: 直線 FGFG との2つ目の交点を導入する
ざっくり言うと

直線 FGFG 上の2つの補助点により、共通の直線を通じて2つの円 (BDF)(BDF) と (CGE)(CGE) を比較できる。

F2=FG∩(BDF),G2=FG∩(CGE)F_2=FG\cap(BDF),\quad G_2=FG\cap(CGE)
詳しい解説

直線 FGFG が円 (BDF)(BDF) と再び交わる点を F2F_2、円 (CGE)(CGE) と再び交わる点を G2G_2 とする。四角形 FBDF2FBDF_2((BDF)(BDF) に内接)と四角形 G2ECGG_2ECG((CGE)(CGE) に内接)の関係を調べる。