Maths Olympiad Prep

Library / /47 of 152

Geometry Difficulty 5.9 AIME, harder Prove it Russia

Let ABCDABCD be an inscribed quadrilateral for which the rays ABAB and DCDC meet at KK. It happened that the points BB, DD, and the midpoints of the segments ACAC and KCKC are concyclic. Find all possible values the angle ADCADC may get.

Solutions — 2

Solution 1

90°.

Solution 2

Обозначим через NN и MM середины отрезков KCKC и ACAC соответственно. Тогда MNMN — средняя линия в треугольнике AKCAKC, поэтому BAC=NMC\angle BAC = \angle NMC. Кроме того, BAC=BDC\angle BAC = \angle BDC, так как четырехугольник ABCDABCD — вписанный.

Пусть точки MM и NN лежат с одной стороны от прямой BDBD. Тогда MM лежит внутри треугольника BCDBCD; тогда она лежит внутри треугольника BNDBND, а значит, и внутри его описанной окружности. Но тогда точки B,N,DB, N, D и MM не могут лежать на одной окружности. Значит, NN и MM лежат по разные стороны от BDBD, и BDC=BMN\angle BDC = \angle BMN.

Из параллельности MNMN и AKAK вытекает, что BMN=ABM\angle BMN = \angle ABM, откуда BAC=BDC=ABM\angle BAC = \angle BDC = \angle ABM. Отсюда получаем AM=MBAM = MB, то есть в треугольнике ABCABC медиана BMBM равна половине стороны ACAC, откуда ABC=90\angle ABC = 90^\circ, а значит, и ADC=90\angle ADC = 90^\circ.

Want a route through all this instead of an archive? The track puts 2,000 problems in a working order, from AMC 10 level to the IMO shortlist.

Source: MathNet, licensed CC-BY-4.0. Statement reproduced verbatim; metadata (topic, difficulty) added by this project.