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第3题

设 ABCABC 是一个满足 AB>ACAB>AC 的锐角三角形。设 Γ\Gamma 为其外接圆,HH 为其垂心,FF 为从 AA 出发的高的垂足。设 MM 为 BCBC 的中点。设 QQ 为 Γ\Gamma 上满足 ∠HQA=90∘\angle HQA=90^\circ 的点,设 KK 为 Γ\Gamma 上满足 ∠HKQ=90∘\angle HKQ=90^\circ 的点。假设 AA、BB、CC、KK、QQ 这些点两两不同,并按此顺序位于 Γ\Gamma 上。证明三角形 KQHKQH 与三角形 FKMFKM 的外接圆彼此相切。
第 4/4 步:得出相切结论
通俗地说

一条弦平行于在由相等半径直径对应点处的切线,正好就是切线—弦角条件。

LM∥AQ, LA=LQ⇒ML tangent to (AQL)LM\parallel AQ,\ LA=LQ \Rightarrow ML \text{ tangent to } (AQL)
详细分析

由于 LA=LQLA=LQ,三角形 LAQLAQ 是等腰三角形,因此其外接圆 (AQL)(AQL) 的切线与弦 LQLQ 所成的角,等于另一侧的 LALA 与 LQLQ 所成的角(切线—弦角等于对侧弧所对的圆周角 ∠LAQ\angle LAQ,而等腰三角形中它等于 ∠LQA\angle LQA)。结合 LM∥AQLM\parallel AQ,可知直线 MLML 本身就是 (AQL)(AQL) 在 LL 处的切线。施行反演 ι\iota 的逆变换,直线 MLML 在 LL 处与圆 (AQL)(AQL) 相切(LL 是 HH 的反像)转化为圆 (KQH)(KQH)(经过反演中心 HH 的直线 MLML 的反像)与圆 (FKM)(FKM)((AQL)(AQL) 的反像)在公共点 KK 处相切,这正是所要证明的。