同一骨架 2025 年吉林预赛 · P006287
把内切圆半径归一化后,切点和角平分线上的点都更容易表示。两题用三组切线长联结各边,再把共圆或垂直条件化为少量参数关系,最后回到目标点线位置。
一个沿角平分线建系,一个沿直角边建系;半径归一化和切线长关系在两者中都减少了未知量。
内切圆对径点与五点共圆
的内切圆 与边 分别切于点 ,分别连接 并延长交 于点 。若 ,求证: 五点共圆。
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
先回想这道题的想法,再试试当前题。
海伦公式为 ,且 。若三组顶点切线长为 ,则 ,从而 。
想法从哪来:待证的五点中,内心和两个对径点最容易先确定,因而先作过这三点的圆,再检查另外两顶点是否在圆上。共圆性不受缩放影响,可将内切圆半径化为一,并沿顶角平分线建系,使两个对径点关于横轴对称,目标圆方程立刻变得简单。 边长条件用切线长表达会更直接:同一顶点到切点的两段相等,三边就变成三组切线长的两两和。题设给其中一个等于另两个之和,海伦公式与内切半径再提供另两个之积。最后沿两条角边用到顶点的距离作统一参数,代入目标圆得到同一个二次式;两条真实边长的和、积正好证明它们是两根。
分别是 的对径点,适合把内切圆单位化并建立关于角平分线对称的坐标系。 条件 用三顶点的切线长表示后,再结合海伦公式,会补出一个关键乘积关系; 它恰好说明 是同一个二次方程的两根,从而把 同时代入目标圆。
共圆性在相似变换下不变,不妨设内切圆半径为 。令
以 为原点、 为横轴建立直角坐标系,并令 位于横轴上方。记
则
因为 是内切圆的直径,
过 的圆方程为
设内切圆与 切于 ,并记三组切线长
题设 给出
又在直角三角形 中,。三角形的半周长为 。由海伦公式与内切圆半径为 ,
故
从 沿 或 方向前进距离 所得点的坐标分别为
把该坐标代入 (1) 左边,得到
而 所对应的两个距离为
由 (2)、(3) 以及 ,
所以 正是方程
的两个根。由 (4),点 都满足圆 (1) 的方程。圆 (1) 本来已经经过 ,故
保证 ,坐标及圆 (1) 均非退化。切线长关系、半周长和 海伦公式中的三个余边分别为 ; 的上下符号在圆方程中平方后均被完整处理。
内切圆题可把三组顶点切线长设为 ,并牢记 。若又出现角平分线或对径点,把内切圆单位化并沿角平分线建系, 常能把两个待证点统一成一个关于边长参数的二次方程。
切线长条件给出x=y+z,海伦公式再给yz=2;将B、C代入候选圆后,还须识别对应长度恰为同一二次方程两根。
同一骨架 2025 年吉林预赛 · P006287
把内切圆半径归一化后,切点和角平分线上的点都更容易表示。两题用三组切线长联结各边,再把共圆或垂直条件化为少量参数关系,最后回到目标点线位置。
一个沿角平分线建系,一个沿直角边建系;半径归一化和切线长关系在两者中都减少了未知量。
已记下,谢谢!