2009 AIME I Problem 15
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Difficulty rating: 3500
15.
In triangle and Let be a point in the interior of Let and denote the incenters of triangles and respectively. The circumcircles of triangles and meet at distinct points and The maximum possible area of can be expressed in the form where and are positive integers and is not divisible by the square of any prime. Find
Solution:
In triangle the incenter satisfies and likewise so these two angles sum to The law of cosines gives so and the sum is
The second intersection point lies on the opposite side of from the incenters (were it on the same side, the two cyclic quadrilaterals would force ). Then and are convex cyclic quadrilaterals, so independent of Hence moves along a fixed circular arc through and
The area of triangle is maximized at the midpoint of the arc, where The law of cosines gives so and the area is Thus
Problem 15 in Other Years
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