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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 1/3 步:以AN为x轴建立坐标系并求出BC与AM的斜率
通俗地说

将坐标轴对准角平分线,能使 ABAB 与 ACAC 的方程仅相差一个正负号(y=±mxy = \pm mx),从而彻底省去繁琐的三角运算。

A=(0,0),B=(b,mb),C=(c,−mc),kBC=m(b+c)b−c,kAM=m(b−c)b+cA = (0,0), \quad B = (b, mb), \quad C = (c, -mc), \qquad k_{BC} = \frac{m(b+c)}{b-c}, \quad k_{AM} = \frac{m(b-c)}{b+c}
详细分析

取笛卡尔坐标系使 A=(0,0)A = (0, 0) 且射线 ANAN 沿着 xx 轴正方向。此时直线 ABAB 与 ACAC 关于 xx 轴对称,方程分别为 y=mxy = mx 与 y=−mxy = -mx,故可设 B=(b,mb)B = (b, mb),C=(c,−mc)C = (c, -mc)。若 b=cb = c,则 AB=ACAB = AC 且 Q,N,MQ, N, M 重合,结论显然成立;以下设 b≠cb \neq c。于是直线 BCBC 的斜率为 kBC=mb−(−mc)b−c=m(b+c)b−ck_{BC} = \frac{mb - (-mc)}{b - c} = \frac{m(b+c)}{b-c},又因中点 M=(b+c2,m(b−c)2)M = \left(\frac{b+c}{2}, \frac{m(b-c)}{2}\right),故中线 AMAM 的斜率为 kAM=m(b−c)b+ck_{AM} = \frac{m(b-c)}{b+c}。