四边形 ABCD 内接于圆心为 O 的圆 Ω,设 AB 与 CD 交于 E,AD 与 BC 交于 F,AC 与 BD 交于 G。设 AC、BD 的中垂线分别与 EF 的中垂线交于 H、I,△HIO 的外接圆和 Ω 的公共弦分别与 AC、BD 交于 J、K。已知 EF 的中垂线与 Ω 相切,求证:△GJK 的外接圆与 Ω 相切。
解题思路
1. 布洛卡框架建系
Ω 是单位圆,G(0,a)。EF:y=a−1,ef=a−1(a−1−a)。设 AC/BD:y=kix+a。
2. 求圆 HIO
含有原点和两个简单坐标的圆,用行列式展开,直接求出 d,e。
3. 求根轴
圆 HIO 与 Ω 相减,得到公共弦所在直线。
4. 生成悬浮圆 GJK
用三对称方法(§3.5.D),三条边两两乘积配参数得到 GJK 的圆方程。
5. 验相切
验证圆 GJK 的圆心到根轴的距离等于 1。
这道题是 §3.7.8 完全四边形框架的完美代表作,综合运用了布洛卡建系、牛顿线约束、悬浮圆生成、根轴验相切等绝大多数工具。