一个平面几何题的推广

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最近《许康华竞赛优学》公众号发布了一篇文章,其中主体是由潘成华老师命制的如下平面几何题目。

题目:已知$H,O$是$\triangle ABC$垂心、外心,$D$是$\triangle ABC$外接圆$\odot O$上一点,$AD$交$BC$于$T$,$E$在$AD$上,且$TE=DT$,求证$\angle AEH=\angle OTC$.

本题其实可以很轻易地推广。

推广:给定$\triangle ABC$,其有一对等角共轭点$P,Q$,$E$是$\odot(ABC)$上一点,$AE$交$BC$于$D$,$AP$交$\odot(ABC)$于另一点$R$,$F$是$AD$上一点,满足$\dfrac{\overline{AP}}{\overline{PR}}=\dfrac{\overline{FD}}{\overline{DE}}$.证明:$\measuredangle PDC=\measuredangle AFQ$.

先证明一个引理,其也是熟知的性质。

引理:给定$\triangle ABC$,其有一对等角共轭点$P,Q$,$AP,AQ$分别交$\odot(ABC)$于另一点$R,S$,$AQ\cap BC=M$,则$\dfrac{\overline{AP}}{\overline{PR}}=\dfrac{\overline{QM}}{\overline{MS}}$.

Proof. 易见$\triangle BPR\stackrel{-}{\sim}\triangle QBS$,$\triangle CMS\stackrel{-}{\sim}\triangle ACR$.于是结合$BS=CR$导比即得结论成立.$\quad\Box$

下面回到对推广的证明。

Proof. 过$A$作$AS//PD$交$RD$于$S$,设$AQ$交$BC$于$M$,交$\odot(ABC)$于另一点$A’$.由引理知$\dfrac{\overline{QM}}{\overline{MA’}}=\dfrac{\overline{AP}}{\overline{PR}}=\dfrac{\overline{SD}}{\overline{DR}}$,故由$RA’//BC$可得$QS//BC$,又由于$\dfrac{\overline{FD}}{\overline{DE}}=\dfrac{\overline{SD}}{\overline{DR}}$,故$FS//RE$,于是$\measuredangle FSQ=\measuredangle ERA’=\measuredangle EAA’$,即$A,F,Q,S$共圆,于是$\measuredangle PDC=\measuredangle ASQ=\measuredangle AFQ$.$\quad\Box$