Maths Olympiad Prep

Library / /24 of 57

Geometry Difficulty 6.7 National olympiad Prove it Russia

An acute-angled triangle ABCABC is inscribed into circle ω\omega. The tangents to ω\omega passing through BB and CC intersect the tangent to ω\omega passing through AA at points KK and LL respectively. The line kk passing through KK is parallel to ABAB; the line \ell passing through LL is parallel to ACAC. Let PP be the meeting point of kk and \ell. Prove that BP=CPBP = CP. (P. Kozhevnikov)

Остроугольный треугольник ABCABC вписан в окружность ω\omega. Касательные к ω\omega, проведенные через точки BB и CC, пересекают касательную к ω\omega, проведенную через точку AA, в точках KK и LL соответственно. Прямая, проведенная через KK параллельно ABAB, пересекается с прямой, проведенной через LL параллельно ACAC, в точке PP. Докажите, что BP=CPBP = CP. (П. Кожевников)

Solution

Первое решение. Докажем, что точка PP лежит на серединном перпендикуляре к отрезку BCBC. Пусть OO — центр окружности ω\omega, а XX — точка пересечения прямых BCBC и PLPL (см. рис. 7).

Figure 1

Так как OO лежит на серединном перпендикуляре к отрезку BCBC, достаточно доказать, что OPBCOP \perp BC.

Точки AA и BB симметричны относительно прямой OKOK, поэтому OKABKPOK \perp AB \parallel KP. Аналогично OLLPOL \perp LP. Поскольку OKP=OLP=90\angle OKP = \angle OLP = 90^\circ, четырехугольник OKPLOKPL вписанный, откуда OPL=OKL\angle OPL = \angle OKL. Из касания вытекает, что KAB=ACB=PXB\angle KAB = \angle ACB = \angle PXB. Таким образом, ORX+PXB=OKL+KAB=90\angle ORX + \angle PXB = \angle OKL + \angle KAB = 90^\circ, что и требовалось доказать.

Figure 2

Второе решение. Пусть прямые BKBK и CLCL пересекаются в точке MM (см. рис. 8). Поскольку треугольник ABKABK равнобедренный, имеем PKA=BAK=12(180AKB)\angle PKA = \angle BAK = \frac{1}{2}(180^\circ - \angle AKB). Значит, KPKP — биссектриса внешнего угла при вершине KK треугольника KLMKLM. Аналогично, LPLP — биссектриса внешнего угла при вершине LL. Тогда PP — центр вневписанной окружности этого треугольника, касающейся стороны KLKL, поэтому PP лежит на биссектрисе угла MM. Поскольку MB=MCMB = MC, точки BB и CC симметричны относительно этой биссектрисы. Значит, и отрезки PBPB и PCPC также симметричны и потому равны.

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.