京大理系数学'07年前期甲[4]

において、の二等分線とこの三角形の外接円との交点でAと異なる点をとする。同様に,の二等分線とこの外接円との交点をそれぞれ,とする。このとき3直線,,は1点Hで交わり、この点Hは三角形の垂心と一致することを証明せよ。


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解答 ベクトルで解答することも考えられますが、円周角に目を付ければ、平凡に解決します。

の二等分線、の二等分線,の二等分線は、
1点で交わり、交点はの内心です。従って、3直線,,は1点Hで交わり、Hはの内心に一致します。
また、同一弦の上に立つ円周角は等しいので、



との交点をDとすると、において、


よって、
同様にして、,
よって、
3直線,,の交点Hは、三角形の垂心と一致します。
(証明終)

追記 の二等分線、の二等分線,の二等分線が1点で交わることについては、以下のようにして示します。
の二等分線,の二等分線の交点を
Iとし、IからAB,BC,CAに垂線IP,IQ,IRを下ろします。
,において、,,
IB共通、より、
∴
 ・・・�@
,において、,,
IC共通、より、
∴
 ・・・�A
�@,�Aより、
これと、,
IA共通より、
∴

よって、IAはの二等分線であって、の二等分線、の二等分線,の二等分線は1点Iで交わります。


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