2009 AIME I 第 15 题
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15.
在三角形 中,, , 。令 为 内部的一点。令 和 分别表示三角形 和 的内心。三角形 和 的外接圆相交于两个不同的点 和 。 的最大可能面积可写成 的形式,其中 , , 和 是正整数,且 不被任何质数的平方整除。求 。
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
答案:150
解答:
在三角形 中,内心满足 , 同理 , 所以这两个角之和为 。余弦定理给出 , 所以 ,角和为 。
第二个交点 位于 的与内心相反的一侧(若它在同侧,两个圆内接四边形会迫使 )。于是 和 是凸的圆内接四边形,所以 与 无关。因此 沿着经过 和 的一条固定圆弧移动。
三角形 的面积在圆弧中点处最大,此时 。余弦定理给出 ,所以 ,面积为 。因此 。
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
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