Maths Olympiad Prep

Library / /15 of 44

Geometry Difficulty 5.5 AIME, harder Prove it Russia

The points DD and EE are chosen on the sides ABAB and ACAC of a triangle ABCABC so that DB=BC=CEDB = BC = CE. The segments BEBE and CDCD meet at PP. Show that the circumcircles of the triangles BDPBDP and CEPCEP meet at the incenter of ABC\triangle ABC.

Solution

Обозначим через II центр вписанной окружности треугольника ABCABC, точка II является точкой пересечения биссектрис. Доказем, что точки BB, DD, PP, II лежат на одной окружности. Аналогично покажем, что точки CC, EE, PP, II лежат на одной окружности, и задача будет решена.

Достаточно установить равенство BPD=BID\angle BPD = \angle BID. Биссектриса BIBI угла ABCABC является осью симметрии равнобедренного треугольника BDCBDC, поэтому BID=BIC=180IBC=180B2C2\angle BID = \angle BIC = 180^\circ - \angle IBC = 180^\circ - \frac{\angle B}{2} - \frac{\angle C}{2} (см. рис. 14).

Далее, BPD=PBC+PCB=EBC+DCB\angle BPD = \angle PBC + \angle PCB = \angle EBC + \angle DCB. Из равнобедренности треугольника BCEBCE получаем EBC=180C2=90C2\angle EBC = \frac{180^\circ - \angle C}{2} = 90^\circ - \frac{\angle C}{2} и, аналогично, DCB=90B2\angle DCB = 90^\circ - \frac{\angle B}{2}. Отсюда BPD=180B2C2=BID\angle BPD = 180^\circ - \frac{\angle B}{2} - \frac{\angle C}{2} = \angle BID, что и требовалось доказать.

Замечание. Точка II является так называемой точкой Микеля для четвёрки прямых ABAB, ACAC, BEBE, CDCD, т. е. через II проходят окружности, описанные около каждого из треугольников, образованных тремя из четырёх перечисленных прямых.

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.