高中奥数 2021-11-17

2021-11-17-01

(来源: 数学奥林匹克小丛书 第二版 高中卷 平面几何 范端喜 邓博文 平面几何中的其他方法和问题选讲 P119 习题13)

\triangle ABC中,\angle B\angle C的角平分线分别为BECD,其中点DE分别在边ABAC上,设DE的中点P在边BCABAC上的投影分别为QMN.证明:PQ=PM+PN.

证明*

BC=a,CA=b,AB=c,连结PAPBPC.

图1

S_{\triangle PAC}=\dfrac{1}{2}S_{\triangle ACD}=\dfrac{1}{2}\cdot \dfrac{b}{a+b}S_{\triangle ABC},知PN=\dfrac{2S_{\triangle PAC}}{b}=\dfrac{S_{\triangle ABC}}{a+b}.

S_{\triangle PAB}=\dfrac{1}{2}S_{\triangle ABE}=\dfrac{1}{2}\cdot \dfrac{c}{a+c}S_{\triangle ABC},知PM=\dfrac{2S_{\triangle PAB}}{c}=\dfrac{S_{\triangle ABC}}{a+c}.

S_{\triangle PBC}=\dfrac{1}{2}\left(S_{\triangle BCD}+S_{\triangle BCE}\right)=\dfrac{1}{2}\left(\dfrac{a}{a+b}+\dfrac{a}{a+c}\right)S_{\triangle ABC}=\dfrac{a}{2}\left(\dfrac{1}{a+b}+\dfrac{1}{a+c}\right)S_{\triangle ABC},

PQ=\dfrac{2S_{\triangle PBC}}{a}=\left(\right)\left(\dfrac{1}{a+b}+\dfrac{1}{a+c}\right)S_{\triangle ABC}=PM+PN.

2021-11-17-02

(来源: 数学奥林匹克小丛书 第二版 高中卷 平面几何 范端喜 邓博文 平面几何中的其他方法和问题选讲 P119 习题14)

已知P为正\triangle ABC内一点,P在边ABBCCA上的投影分别为点A^{\prime}B^{\prime}C^{\prime}.记\triangle APC^{\prime}\triangle BPA^{\prime}\triangle CPB^{\prime}\triangle APA^{\prime}\triangle BPB^{\prime}\triangle CPC^{\prime}的内切圆半径分别为r_{1}r_{2}r_{3}r_{4}r_{5}r_{6}.证明:r_{1}+r_{2}+r_{3}=r_{4}+r_{5}+r_{6}.

证明

连结APBPCP,\triangle ABP中,AP^{2}-AA^{\prime2}=BP^{2}-BA^{\prime2}\left(=PA^{\prime2}\right),

图2

同理BP^{2}-BB^{\prime2}=CP^{2}-CB^{\prime2},CP^{2}-CC^{\prime2}=AP^{2}-AC^{\prime2},

以上三式相加,得AA^{\prime2}+BB^{\prime2}+CC^{\prime2}=BA^{\prime2}+CB^{\prime2}+AC^{\prime2},

\left(AA^{\prime2}-BA^{\prime2}\right)+\left(BD^{\prime2}-CB^{\prime2}\right)+\left(CC^{\prime2}-AC^{\prime2}\right)=0,

\left(AA^{\prime}+BA^{\prime}\right)\left(AA^{\prime}-BA^{\prime}\right)+\left(BB^{\prime}+CB^{\prime}\right)\left(BB^{\prime}-CB^{\prime}\right)+\left(CC^{\prime}+AC^{\prime}\right)\left(CC^{\prime}-AC^{\prime}\right)=0.

注意到AA^{\prime}+BA^{\prime}=BB^{\prime}+CB^{\prime}=CC^{\prime}+AC^{\prime},

所以AA^{\prime}-BA^{\prime}+ BB^{\prime}-CB^{\prime}+CC^{\prime}-AC^{\prime}=0.

AA^{\prime}+ BB^{\prime}+CC^{\prime}=BA^{\prime}+CB^{\prime}+AC^{\prime}.

显然,

r_{1}=\dfrac{AC^{\prime}+C^{\prime}P-AP}{2},

r_{2}=\dfrac{BA^{\prime}+A^{\prime}P\cdot BP}{2},

r_{3}=\dfrac{CB^{\prime}+PB^{\prime}-PC}{2},

r_{4}=\dfrac{AA^{\prime}+A^{\prime}P-AP}{2},

r_{5}=\dfrac{BB^{\prime}+B^{\prime}P-PB}{2},

t_{6}=\dfrac{CC^{\prime}+C^{\prime}P-CP}{2}.

所以有:r_{1}+r_{2}+r_{3}=r_{4}-r_{5}+r_{6}.

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