Maths Olympiad Prep

Library / /11 of 17

Geometry Difficulty 5.6 AIME, harder Prove it Ukraine

A convex quadrilateral ABCDABCD with BC=CDBC = CD, CBA+DAB>180\angle CBA + \angle DAB > 180^\circ is given. Let the points WW and QQ (different from the quadrilateral's vertices) belong to the sides BCBC and DCDC respectively, and let AD=QDAD = QD, WQADWQ \parallel AD. It is known that the intersection point MM of segments AQAQ and BDBD is equidistant from the lines ADAD and BCBC. Prove that BWD=ADW\angle BWD = \angle ADW.

Solution

Нехай FF — точка перетину прямих BCBC і ADAD (точки FF і SS лежать по різні боки від прямої ABAB). Проведемо через точку DD пряму BC\ell \parallel BC. Позначимо через SS точку перетину прямих WQWQ та \ell. Легко бачити, що QMQM і DMDM є бісектрисами зовнішніх кутів трикутника SDQSDQ. Звідси випливає, що SMSM — бісектриса кута WSDWSD. Із умови задачі випливає, що FMFM — бісектриса кута WFDWFD. Оскільки чотирикутник FWSDFWSD є паралелограмом і бісектриси його протилежних кутів FF і SS мають спільну точку MM, то прямі FMFM і SMSM збігаються. Отже, FWSDFWSD — ромб. Звідси й отримуємо твердження задачі.

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.