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垂心の性質のオイラー線の性質を用いた長さ追跡での証明

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三角形$ABC$について,垂心を$H$とし,$A$から$BC$におろした垂線の足を$D$,直線$AH$と三角形$ABC$の外接円との交点のうち$A$でないほうを$H'$としたとき,$HD=H'D$となる.

この補題を長さ追跡だけで証明しようと思います.

三角形$ABC$の外心を$O$とし,$O$から$BC$におろした垂線の足を$E$とする.
また,$HD=a,H'D=x,HA=2b$とし,外接円の半径を$R$とする.
オイラー線の性質より,$AH=2OE$なので,$OE=b$
方べきの定理より,$AH\times HH'=(R+OH)(R-OH)$なので,
$2b(a+x)=R^2-OH^2\Leftrightarrow OH^2=R^2-2b(a+x)$
三平方の定理より,$DE^2=OH^2-(OE-HD)^2=R^2-2b(a+x)-(b-a)^2=R^2-a^2-b^2-2bx$
$CE^2=BE^2=CO^2-OE^2=R^2-b^2$
方べきの定理より,$BD\times DC=(BE-DE)(CE+DE)=CE^2-DE^2=AD\times DH'$なので,
$(R^2-b^2)-(R^2-a^2-b^2-2bx)=x(a+2b)\Leftrightarrow a^2+2bx=ax+2bx\Leftrightarrow a=x$
よって,示された.

投稿日:2023106

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Kta
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ただの数学ヲタクです。

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