45分的大題!
往年這種題,頂尖學神也要花二三十分鐘才能做完。
這個江辰……三分鐘?
還用了大學數學的方法?
她深吸一口氣,強迫自己冷靜,繼續看江辰做第二題。
……
【第二題(45分)】
【設S是平面上有限個點的集合,其中任意三點不共線。稱一個“風箏”是由四個點A,B,C,D∈S組成的四邊形,滿足AB=AD且CB=CD(即兩組鄰邊分別相等)。證明:如果S中任意四個點都能構成一個風箏,則S的所有點共圓。】
江辰看完題,愣了一下。
“風箏四邊形……共圓……”
他腦子裡瞬間閃過好幾個幾何定理。
“這不是顯然的嗎?”
他提筆就寫:
“證:取S中任意兩點A,B,由條件,對任意另外兩點C,D∈S{A,B},四邊形ABCD是風箏。”
“特別地,取C為S中異於A,B的任意一點,則存在D(可能與C重合?不,D需異於A,B,C)使AB=AD且CB=CD。”
“但條件說‘任意四個點都能構成一個風箏’,這意味著對任意四點,其中某兩個作為‘肩點’(等鄰邊的公共端點),另外兩個作為‘翼點’。”
“考慮任意三點A,B,C,由條件存在D使AB=AD且CB=CD,即D在AB的中垂線和BC的中垂線交點上,故D是△ABC外心?不對,外心是三條中垂線交點,這裡只用到兩條……”
“等等,這題需要仔細分析結構。”
江辰停筆,思考了幾秒。
“任意四點都能構成風箏,意味著對任意四點,其中兩點是某等腰三角形的頂點,另外兩點是另一個等腰三角形的頂點,且這兩個等腰三角形共用底邊?不對,風箏是四邊形,兩組等鄰邊。”
“設四點A,B,C,D,風箏結構有兩種可能:要麼A。C是‘肩點’(AB=AD, CB=CD),要麼B。D是‘肩點’(BA=BC, DA=DC)。”
“由任意性,對任意三點A,B,C,考慮第四點D(取S中另一點),則四點A,B,C,D構成風箏。若A是肩點,則AB=AD且CB=CD;若C是肩點,則BA=BC且DA=DC;若B或D是肩點同理。”
“這會導致一系列等量關係……”
江辰在草稿紙上畫了幾個圖。
十秒後,他眼睛一亮。
“有了!”
“引理:若任意四點構成風箏,則對任意三點A,B,C,有AB=AC或BA=BC或CA=CB至少一組成立。”
“證明:取第四點D,若A是肩點,則AB=AD且CB=CD,但這對B,C的關係無直接約束。需另尋思路……”
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