又一伪内切圆切点性质的推广的证明

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前两天占岩老师在几何教师协会群里发了如下问题:

问题:$\triangle ABC$内切圆切点三角形$\triangle DEF$,$N$在线段$BC$上且$BN=CD$,$EF$交$\odot(ABC)$于$P,Q$,$\odot(PQD)$交内切圆于$J$,求证$\angle BAN=\angle JAC$.

熟悉反演反射的话,一下就可以看出只需证明$AJ$​过$\triangle ABC$​的$A-$​伪内切圆与$\odot(ABC)$​的切点,也就是弧$BAC$中点与内心连线与$\odot(ABC)$的第二交点,而这让我想到了之前写的2021.09.11 一个伪内切圆切点性质的推广的证明(阅读本文前可以先阅读此文),顺水推舟,我们可以给出这个题目的推广以及证明。

推广:给定$\triangle ABC$及其外接圆$\odot O$,设$N$、$S$分别为弧$BAC$中点及其对径点,$P$是$AS$上一点,设$NP$与$\odot O$的第二交点为$T$,$\triangle DEF$是$P$关于$\triangle ABC$的垂足三角形,设$EF$交$\odot(ABC)$于$X$、$Y$两点,$\odot(DEF)$与$BC$的第二交点为$Z$,$\odot(XYZ)$与$\odot(DEF)$的第二交点为$K’$. 证明:$K’$在$AT$上.

Proof. 过$Z$作$BC$垂线交$AS$于$Q$,则$Q$是$P$关于$\triangle ABC$的等角共轭点,于是$SP\cdot SQ=SB^2$,设$XY$交$BC$于$V$,交$AS$于$W$,$BC$中点为$M$,过$M$作$AS$垂线交$AB$于$C’$,交$AC$于$B’$,交$AS$于$L$,设$AS$交$BC$于$R$,于是$B’$和$C’$是$S$在$AC,AB$上的投影. 我们来证明$M\in\odot(XYZ)$,

\[\begin{aligned}&VX\cdot VY-VZ\cdot VM\\=&VB\cdot VC-VZ\cdot VM\\=&(RV+RB)\cdot(RV-RC)\\&-(RV+RM)\cdot(RV-RZ)\\=&(RB-RC)\cdot RV-RB\cdot RC\\&-(RM-RZ)\cdot RV+RM\cdot RZ\\=&2 RM\cdot RV-RS\cdot RA\\&-(RM-RZ)\cdot RV+RL\cdot RQ\\=&MZ\cdot RV+RL\cdot RQ\\&-SR\cdot(SA-SR)\\=&SQ\cdot RW+SR^2-SR\cdot SA\\&+(SR-SL)\cdot(SQ-SR)\\=&SQ\cdot WL-AL\cdot SR\\=&\dfrac{SB^2\cdot WL-AL\cdot SR\cdot SP}{SP}\\=&BM^2-(SA-SL)\cdot SR\\=&BM^2-SB^2+SM^2=0,\end{aligned}\]

故$M\in\odot(XYZ)$,下面取$NQ$中点$O’$​,则$O’$在$MZ$中垂线上,由$OO’//SQ\perp XY$知其也在$XY$中垂线上,故$O’$是$\odot(XYZ)$的圆心,设$PQ$中点为$U$,则$ZK’\perp O’U//NP$. 下过$D$作$AS$平行线交$AT$​于$K$,由之前的文章可知$K\in\odot(DEF)$,于是$\angle K’KD=\angle K’ZV=\angle SNT=\angle SAK$,再由$KD//AS$即知$K’\in AK$,即$K’\in AT$. $\quad\Box$