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第3题

设 ABCABC 为一个三角形。设从顶点 AA 引出的中线和角平分线与边 BCBC 的交点分别为 MM 和 NN。过点 NN 作 NANA 的垂线,分别交 MAMA 和 BABA 于点 QQ 和 PP;过点 PP 作 BABA 的垂线,交 ANAN 的延长线于点 OO。证明:QOQO 垂直于 BCBC。
第 2/3 步:证明西姆松线RMS平行于PQ
通俗地说

关于角平分线 ANAN 的对称性迫使投影点 RR 和 SS 互为镜像,因此直线 RSRS 自然垂直于 ANAN。

AR=AS, KR=KS  ⟹  RS⊥AK  ⟹  RMS∥PQAR = AS,\ KR = KS \implies RS \perp AK \implies RMS \parallel PQ
详细分析

由于点 KK 位于 ∠BAC\angle BAC 的平分线上且 ∠ARK=∠ASK=90∘\angle ARK = \angle ASK = 90^\circ,直角三角形 △ARK\triangle ARK 与 △ASK\triangle ASK 全等,故四边形 ARKSARKS 是满足 AR=ASAR = AS 且 KR=KSKR = KS 的筝形。因此其对角线 RSRS 垂直于对称轴 AKAK(即直线 ANAN)。又由题设 PQ⊥ANPQ \perp AN,可知西姆松线 RMSRMS 平行于 PQPQ。