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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:用n表示出点P、Q和O的坐标
通俗地说

由于 PQPQ 是竖直直线(x=nx = n),点 PP 和 QQ 的纵坐标 yy 就只是 ABAB 和 AMAM 的斜率乘以 nn,所有坐标都与 nn 成正比。

N=(n,0)  ⟹  P=(n,mn),Q=(n,m(b−c)nb+c),O=(n(m2+1),0)N = (n, 0) \implies P = (n, mn), \quad Q = \left(n, \frac{m(b-c)n}{b+c}\right), \quad O = (n(m^2+1), 0)
详细分析

设 N=(n,0)N = (n, 0)。过点 NN 垂直于 ANAN(即 xx 轴)的直线为竖直直线 x=nx = n。求 x=nx = n 与 ABAB(y=mxy = mx)及 AMAM(y=m(b−c)b+cxy = \frac{m(b-c)}{b+c}x)的交点,可得 P=(n,mn)P = (n, mn) 和 Q=(n,m(b−c)nb+c)Q = \left(n, \frac{m(b-c)n}{b+c}\right)。在以 PNPN 为斜边 AOAO 上的高的直角三角形 △APO\triangle APO 中,由射影定理 AN⋅AO=AP2AN \cdot AO = AP^2 可得 n⋅xO=n2+m2n2=n2(m2+1)n \cdot x_O = n^2 + m^2 n^2 = n^2(m^2 + 1),因此 O=(n(m2+1),0)O = (n(m^2 + 1), 0)。