第3题
在锐角三角形ABC中,AB>AC,设r是它的外接圆,H是它的垂心,F是由顶点A处所引高的垂足,M是边BC的中点,Q是r上的一点,使得 ∠HQA=90°。K是r上的一点,使得∠HKQ=90°。已知点A、B、C、K、Q互不相同,且按此顺序排列在r上,证明:三角形KQH的外接圆和三角形FKM的外接圆相切。
证明:
1). 延长AHF与圆交于D,则:HF=DF(三角形的垂心到一边的距离,等于这边上的高线的延长线从垂足到外接圆的长度)。过D,H,K三点做圆,其圆心为P,P在BC延长线上。
2). A',Q'分别为圆r上点 A,Q 的对称点,则:KHQ’三点共线;QHMA’四点共线;
KHQ’三点共线是因为QQ’是直径,所以Q'K⊥KQ,又由题目:HK⊥KQ,过一点K,KQ的垂线只有一条;
同理,QHA’三点共线,由于四边形BHCA’是平行四边形,所以:M也在这条直线上。
3). 中虚线大圆DHK和红色小圆HKQ,相交于H,K两点。我们证明:PH⊥HQ,即PH切小圆于H。
过H点做:直线RHT⊥PH,相交于圆r于R,T,则RHT切圆KHD于切点H。于是:∠RHK=∠HDK(弦切角定理)=∠ADK=∠AQ’K,于是: AQ’∥RT
显而易见:AQ’∥QA’(因为AA'和QQ’分别是圆的直径),所以:QA’∥RT。又因为:QHMA’四点共线;所以过H点的两条平行直线:QHMA’和RHT共线,于是:PH⊥HQ,
4). 由:HQ是小圆直径,PH⊥HQ,于是:PH切小圆于H,从而PK切小圆于K。下面来证明PK与紫色中圆相切于K。
事实上,因为,P在BC的延长线上,且:PH⊥HQ,AF⊥BC, 所以:ΔPHF~ΔPMH,PH:PM=PF:PH,即:PH2=PF*PM。而PK=PH,所以:PK2=PF*PM,根据圆的割线定理,则PK相切圆MFK于K。证毕。
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