Областная олимпиада по математике, 2018 год, 10 класс
Комментарий/решение:
Пусть $X,Y$ середины отрезков $AC,BD$ соответственно. Очевидно, что
$$\angle NAC = \angle NDB, \angle ACN=\angle DBN.$$
Тогда $\triangle NDB \equiv \triangle NAC,$ откуда $\angle NXA= \angle NYD,$ иными словами $N\in (OXY)-$описанная окружность $\triangle OXY.$
Аналогично $M,P,Q\in (OXY),$ значит $M,N,P,Q$ лежат на одной окружности.
Добрый день! Можете, пожалуйста, подсказать, почему вы выбрали именно центры диагоналей AC и BD, для того чтобы определить принадлежность всех точек к окружности OXY? Как додуматься до того, чтобы выбрать именно эти точки и в чем логика этого выбора? Буду очень признателен вам, если вы соизволите ответить на мой вопрос!
Широко известно, что $N$ это точка Микеля для прямых $AC,BD,AD,BC.$ Из этого следует подобие $\triangle NDB\equiv NAC.$ Тогда ясно, что если $X,Y$ соответственные точки на сторонах $AC,DB,$ то $OXNY$ вписанный. А дальше рассматривая остальные точки Микеля легко угадывается, что $X,Y$ можно выбрать как середины сторон.
Вообще, когда даны симметричные точки на отрезке, то иногда бывает удобно рассмотреть середину этого отрезка для работы с данными точками.
Лемма:
Рассмотрим угол $ROS$ и две пары точек $R_1$, $R_2$ на $OR$; $S_1$, $S_2$ на $OS$, такие что $S$ это середина $S_1 S_2$, R середина $R_1 R_2$.
Рассмотрим поворотную гомотетию, переводящую $R_1R$ в $S_1S$. Ее центр лежит на $(ROS) \cap (R_1 O S_1)$. Рассмотрим поворотную гомотетию, переводящую $R_2R$ в $S_2S$. ее центр лежит на $(ROS) \cap (R_2OS_2$). Но это очевидно, одна и та же поворотная гомотетия, а значит это одна и та же точка. Т.е $(R_2OS_2) \cap (R_1OS_1) \in (ROS)$ независимо от выбора точек $R_1, S_1, R_2, S_2$.
Пусть $E$ - Середина $AC$, $F$ - середина $BD$ в исходной задаче.
Теперь рассмотрим угол, образованный диагоналями и применим лемму, в качестве $R$ и $S$ возьмем $E$ и $F$. Теперь, рассматривая четверки точек
$A, C ; B, D$
$C, A ; B, D $
$A_1, C_1; B_1, D_1$
$C_1, A_1, B_1, D_1$
в качестве $R_1, R_2, S_1, S_2$ и соответствующие окружности и центры поворотных гомотетий в лемме, получаем что все 4 точки лежат на $(OEF)$, а это и есть точки $M, N, P, Q$ из условия.
Возможно, что при неправильном наборе формул, они будут
доредактированы модератором. При этом содержание не будет меняться.