MathLabs

第2题

设 BCBC 是圆 ω\omega 的直径,圆心为 OO。取 ω\omega 上的点 AA,满足 0∘<∠AOB<120∘0^\circ<\angle AOB<120^\circ。令 DD 为不含 CC 的弧 ABAB 的中点。过 OO 作平行于 ADAD 的直线 ℓ\ell;直线 ℓ\ell 与 ACAC 交于 JJ。OAOA 的垂直平分线与 ω\omega 交于 EE、FF。证明 JJ 是三角形 CEFCEF 的内心。
第 2/3 步:确定 JJ 的位置
通俗地说

平行线使该构型成为平行四边形。

AJ=AO=sAJ=AO=s
详细分析

设 α=∠BOD=∠DOA\alpha=\angle BOD=\angle DOA,则 ∠BOA=2α\angle BOA=2\alpha。由于 BCBC 是直径,三角形 AOCAOC 为等腰三角形,且 ∠OAC=∠ACO=α\angle OAC=\angle ACO=\alpha。因 JJ 在 ACAC 上,故 ∠OAJ=∠OAC=α=∠AOD\angle OAJ=\angle OAC=\alpha=\angle AOD。再结合 OJ∥ADOJ\parallel AD,得到四边形 DAJODAJO 是平行四边形:确实有 OJ∥ADOJ\parallel AD 且 AJ∥DOAJ\parallel DO。于是 AOAO 的中点 MM 也是 DJDJ 的中点,所以 JJ 是 DD 关于 MM 的中心对称点。为求长度,等腰三角形 AODAOD 的顶角为 α\alpha,因此 ∠OAD=90∘−α/2\angle OAD=90^\circ-\alpha/2。由 OJ∥ADOJ\parallel AD,有 ∠AOJ=90∘−α/2\angle AOJ=90^\circ-\alpha/2;在三角形 AOJAOJ 中,剩余的角 ∠AJO\angle AJO 也等于 90∘−α/290^\circ-\alpha/2。所以 ∠AJO=∠AOJ\angle AJO=\angle AOJ,从而 AJ=AO=sAJ=AO=s。