Maths Olympiad Prep

Library / /19 of 44

Geometry Difficulty 5.7 AIME, harder Prove it Russia

The altitudes of an acute-angled triangle ABCABC meet at HH. The points B1B_1 and C1C_1 are chosen on the segments BHBH and CHCH, respectively, so that B1C1BCB_1C_1 \parallel BC. It appeared that the center of the circumcircle ω\omega of B1HC1\triangle B_1HC_1 lies on the line BCBC. Prove that ω\omega is tangent to the circumcircle Γ\Gamma of ABC\triangle ABC.

(A. Kuznetsov)

Solution

Обозначим через Γ\Gamma' окружность, описанную около треугольника BHCBHC (см. рис. 1). На касательной к Γ\Gamma' в точке HH отметим точку XX, лежащую внутри угла BCHBCH. Тогда BHX=BCH=B1C1H\angle BHX = \angle BCH = \angle B_1C_1H (последнее равенство следует из того, что BCB1C1BC \parallel B_1C_1). Значит, окружность ω\omega касается прямой HXHX и окружности Γ\Gamma' в точке HH.

Figure 1

Рис. 1

Обозначим через HH' точку, симметричную HH относительно прямой BCBC (как известно, эта точка лежит на окружности Γ\Gamma). Итак, при симметрии относительно BCBC окружность Γ\Gamma' переходит в окружность Γ\Gamma, а окружность ω\omega — в себя, поскольку центр ω\omega лежит на прямой BCBC. Поскольку ω\omega касается Γ\Gamma', она касается и Γ\Gamma, что и требовалось доказать.

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 and solution reproduced as published; topic and difficulty added by this site.