IMO 2015 · Problem 4
Triangle \(ABC\) has circumcircle \(\Omega\) and circumcentre \(O\). A circle \(\Gamma\) with centre \(A\) intersects the segment \(BC\) at points \(D\) and \(E\), such that \(B\), \(D\), \(E\) and \(C\) are all different and lie on line \(BC\) in this order. Let \(F\) and \(G\) be the points of intersection of \(\Gamma\) and \(\Omega\), such that \(A\), \(F\), \(B\), \(C\) and \(G\) lie on \(\Omega\) in this order. Let \(K\) be the second point of intersection of the circumcircle of triangle \(BDF\) and the segment \(AB\). Let \(L\) be the second point of intersection of the circumcircle of triangle \(CGE\) and the segment \(CA\).
Suppose that the lines \(FK\) and \(GL\) are different and intersect at the point \(X\). Prove that \(X\) lies on the line \(AO\).
Official text of the problem. Official problem paper (PDF)
Solution
All angles between lines below are directed angles modulo \(180^\circ\).
Since \(AF=AG\) and \(OF=OG\), both \(A\) and \(O\) lie on the perpendicular bisector of \(FG\). Moreover, \(A\ne O\), because \(A\) lies on the nondegenerate circle \(\Omega\). Thus \(AO\) is precisely the perpendicular bisector of \(FG\).
Let \(t\) be the tangent to \(\Omega\) at \(A\). Both \(t\) and \(FG\) are perpendicular to \(AO\), so they are parallel. The tangent–chord theorem therefore gives \[ \angle(AB,BC)=\angle(t,AC)=\angle(FG,AC). \tag{1} \]
The concyclicity of \(B,D,F,K\), together with \(B,K,A\) collinear, gives \[ \angle(FK,FD)=\angle(BK,BD)=\angle(AB,BC). \] Consequently, by (1), \[ \begin{aligned} \angle(FK,FG) &=\angle(FK,FD)+\angle(FD,FG)\\ &=\angle(FG,AC)+\angle(FD,FG)\\ &=\angle(FD,AC). \end{aligned} \tag{2} \]
On the other hand, \(F,G,D,E\) lie on \(\Gamma\), so \[ \angle(FG,GE)=\angle(FD,DE). \] Also, \(C,G,E,L\) are concyclic, so \[ \angle(GE,GL)=\angle(CE,CL). \] Using the collinearities \(B,D,E,C\) and \(C,L,A\), we obtain \[ \begin{aligned} \angle(FG,GL) &=\angle(FG,GE)+\angle(GE,GL)\\ &=\angle(FD,DE)+\angle(CE,CL)\\ &=\angle(FD,BC)+\angle(BC,AC)\\ &=\angle(FD,AC). \end{aligned} \tag{3} \] Equations (2) and (3) yield \[ \angle(FK,FG)=\angle(FG,GL). \tag{4} \]
Now reflect the plane in \(AO\). This reflection interchanges \(F\) and \(G\). Since \(AO\perp FG\), equation (4) says that it also takes the direction of \(FK\) to the direction of \(GL\). Hence it takes the line \(FK\) to the line \(GL\), and conversely.
The two lines are distinct and meet at \(X\), so their unique intersection must be fixed by this reflection. The fixed points of reflection in \(AO\) are exactly the points on \(AO\). Therefore \(X\) lies on \(AO\), as required. \(\square\)
The solution was checked against the official IMO shortlist solutions.
IMO 2015 · Aufgabe 4
Das Dreieck \(ABC\) hat den Umkreis \(\Omega\) und den Umkreismittelpunkt \(O\). Ein Kreis \(\Gamma\) mit Mittelpunkt \(A\) schneidet die Strecke \(BC\) in den Punkten \(D\) und \(E\), sodass \(B\), \(D\), \(E\) und \(C\) alle verschieden sind und in dieser Reihenfolge auf der Geraden \(BC\) liegen. Es seien \(F\) und \(G\) die Schnittpunkte von \(\Gamma\) und \(\Omega\), sodass \(A\), \(F\), \(B\), \(C\) und \(G\) in dieser Reihenfolge auf \(\Omega\) liegen. Ferner sei \(K\) der zweite Schnittpunkt des Umkreises des Dreiecks \(BDF\) mit der Strecke \(AB\). Außerdem sei \(L\) der zweite Schnittpunkt des Umkreises des Dreiecks \(CGE\) mit der Strecke \(CA\).
Es sei angenommen, dass die Geraden \(FK\) und \(GL\) verschieden sind und sich im Punkt \(X\) schneiden. Man beweise, dass \(X\) auf der Geraden \(AO\) liegt.
Offizieller deutscher Aufgabentext. Offizielles Aufgabenblatt (PDF)
Lösung
Alle im Folgenden betrachteten Winkel zwischen Geraden sind gerichtete Winkel modulo \(180^\circ\).
Wegen \(AF=AG\) und \(OF=OG\) liegen sowohl \(A\) als auch \(O\) auf der Mittelsenkrechten von \(FG\). Außerdem gilt \(A\ne O\), weil \(A\) auf dem nicht entarteten Kreis \(\Omega\) liegt. Somit ist \(AO\) genau die Mittelsenkrechte von \(FG\).
Sei \(t\) die Tangente an \(\Omega\) in \(A\). Sowohl \(t\) als auch \(FG\) stehen senkrecht auf \(AO\), sind also parallel. Der Sehnen-Tangenten-Winkelsatz liefert daher \[ \angle(AB,BC)=\angle(t,AC)=\angle(FG,AC). \tag{1} \]
Da \(B,D,F,K\) auf einem Kreis und \(B,K,A\) auf einer Geraden liegen, gilt \[ \angle(FK,FD)=\angle(BK,BD)=\angle(AB,BC). \] Folglich ergibt sich mit (1) \[ \begin{aligned} \angle(FK,FG) &=\angle(FK,FD)+\angle(FD,FG)\\ &=\angle(FG,AC)+\angle(FD,FG)\\ &=\angle(FD,AC). \end{aligned} \tag{2} \]
Andererseits liegen \(F,G,D,E\) auf \(\Gamma\), also gilt \[ \angle(FG,GE)=\angle(FD,DE). \] Auch \(C,G,E,L\) liegen auf einem Kreis, also gilt \[ \angle(GE,GL)=\angle(CE,CL). \] Da \(B,D,E,C\) sowie \(C,L,A\) jeweils auf einer Geraden liegen, erhalten wir \[ \begin{aligned} \angle(FG,GL) &=\angle(FG,GE)+\angle(GE,GL)\\ &=\angle(FD,DE)+\angle(CE,CL)\\ &=\angle(FD,BC)+\angle(BC,AC)\\ &=\angle(FD,AC). \end{aligned} \tag{3} \] Die Gleichungen (2) und (3) liefern \[ \angle(FK,FG)=\angle(FG,GL). \tag{4} \]
Nun spiegeln wir die Ebene an \(AO\). Diese Spiegelung vertauscht \(F\) und \(G\). Wegen \(AO\perp FG\) besagt Gleichung (4), dass sie auch die Richtung von \(FK\) in die Richtung von \(GL\) überführt. Daher bildet sie die Gerade \(FK\) auf die Gerade \(GL\) ab und umgekehrt.
Die beiden Geraden sind verschieden und schneiden sich in \(X\), also muss ihr einziger Schnittpunkt bei dieser Spiegelung fest bleiben. Die Fixpunkte der Spiegelung an \(AO\) sind genau die Punkte auf \(AO\). Daher liegt \(X\) auf \(AO\), wie gefordert. \(\square\)
Die Lösung wurde mit den offiziellen Lösungen der IMO-Shortlist abgeglichen.
IMO 2015 · Soru 4
Bir \(ABC\) üçgeninin çevrel çemberi \(O\) merkezli \(\Omega\) çemberidir. \(A\) merkezli bir \(\Gamma\) çemberi \([BC]\) kenarını \(D\) ve \(E\) noktalarında kesiyor. \(B\), \(D\), \(E\) ve \(C\) noktalarının birbirlerinden farklı oldukları ve \(BC\) doğrusu üzerinde yazıldıkları sırada bulundukları varsayılıyor. \(\Gamma\) ve \(\Omega\) çemberlerinin kesişim noktaları \(F\) ve \(G\) olmak üzere \(A\), \(F\), \(B\), \(C\) ve \(G\) noktalarının \(\Omega\) üzerinde yazıldıkları sırada bulundukları varsayılıyor. \(BDF\) üçgeninin çevrel çemberi \([AB]\) kenarını ikinci kez \(K\) noktasında kesiyor. \(CGE\) üçgeninin çevrel çemberi ise \([CA]\) kenarını ikinci kez \(L\) noktasında kesiyor.
\(FK\) ve \(GL\) doğrularının farklı olduklarını ve bir \(X\) noktasında kesiştiklerini varsayalım. Bu \(X\) noktasının \(AO\) doğrusu üzerinde bulunduğunu gösteriniz.
Sorunun resmi Türkçe metni. Resmi soru kâğıdı (PDF)
Çözüm
Aşağıda doğrular arasındaki tüm açılar, \(180^\circ\) modunda yönlü açılardır.
\(AF=AG\) ve \(OF=OG\) olduğundan, hem \(A\) hem de \(O\), \(FG\) nin orta dikmesi üzerinde yer alır. Ayrıca \(A\), dejenere olmayan \(\Omega\) çemberi üzerinde bulunduğundan \(A\ne O\) dur. Böylece \(AO\), tam olarak \(FG\) nin orta dikmesidir.
\(t\), \(\Omega\) nın \(A\) daki teğeti olsun. Hem \(t\) hem de \(FG\), \(AO\) ya dik olduğundan birbirine paraleldir. Dolayısıyla teğet-kiriş açı teoremi \[ \angle(AB,BC)=\angle(t,AC)=\angle(FG,AC) \tag{1} \] eşitliğini verir.
\(B,D,F,K\) noktalarının çembersel olması ile \(B,K,A\) noktalarının doğrusallığı birlikte \[ \angle(FK,FD)=\angle(BK,BD)=\angle(AB,BC) \] eşitliğini verir. Dolayısıyla (1) uyarınca, \[ \begin{aligned} \angle(FK,FG) &=\angle(FK,FD)+\angle(FD,FG)\\ &=\angle(FG,AC)+\angle(FD,FG)\\ &=\angle(FD,AC). \end{aligned} \tag{2} \]
Öte yandan \(F,G,D,E\) noktaları \(\Gamma\) üzerinde olduğundan, \[ \angle(FG,GE)=\angle(FD,DE). \] Ayrıca \(C,G,E,L\) noktaları çembersel olduğundan, \[ \angle(GE,GL)=\angle(CE,CL). \] \(B,D,E,C\) ve \(C,L,A\) noktalarının doğrusallıklarını kullanarak \[ \begin{aligned} \angle(FG,GL) &=\angle(FG,GE)+\angle(GE,GL)\\ &=\angle(FD,DE)+\angle(CE,CL)\\ &=\angle(FD,BC)+\angle(BC,AC)\\ &=\angle(FD,AC). \end{aligned} \tag{3} \] elde ederiz. (2) ve (3) eşitlikleri \[ \angle(FK,FG)=\angle(FG,GL) \tag{4} \] sonucunu verir.
Şimdi düzlemi \(AO\) ya göre yansıtalım. Bu yansıma \(F\) ile \(G\) nin yerini değiştirir. \(AO\perp FG\) olduğundan, (4) eşitliği bu yansımanın \(FK\) nin doğrultusunu da \(GL\) nin doğrultusuna götürdüğünü söyler. Dolayısıyla yansıma \(FK\) doğrusunu \(GL\) doğrusuna ve tersine \(GL\) doğrusunu \(FK\) doğrusuna götürür.
Bu iki doğru farklı olup \(X\) te kesiştiğinden, tek kesişim noktaları bu yansıma altında sabit kalmalıdır. \(AO\) ya göre yansımanın sabit noktaları tam olarak \(AO\) üzerindeki noktalardır. Dolayısıyla \(X\), istendiği gibi \(AO\) üzerinde yer alır. \(\square\)
Çözüm, resmi IMO shortlist çözümleriyle karşılaştırılarak kontrol edildi.
IMO 2015 · Problema 4
El triángulo \(ABC\) tiene circunferencia circunscrita \(\Omega\) y circuncentro \(O\). Una circunferencia \(\Gamma\) de centro \(A\) corta al segmento \(BC\) en los puntos \(D\) y \(E\) tales que \(B, D, E\) y \(C\) son todos diferentes y están en la recta \(BC\) en este orden. Sean \(F\) y \(G\) los puntos de intersección de \(\Gamma\) y \(\Omega\), tales que \(A, F, B, C\) y \(G\) están sobre \(\Omega\) en este orden. Sea \(K\) el segundo punto de intersección de la circunferencia circunscrita al triángulo \(BDF\) y el segmento \(AB\). Sea \(L\) el segundo punto de intersección de la circunferencia circunscrita al triángulo \(CGE\) y el segmento \(CA\).
Supongamos que las rectas \(FK\) y \(GL\) son distintas y se cortan en el punto \(X\). Demostrar que \(X\) está en la recta \(AO\).
Texto oficial en español del problema. Enunciado oficial (PDF)
Solución
Todos los ángulos entre rectas que aparecen a continuación son ángulos orientados módulo \(180^\circ\).
Como \(AF=AG\) y \(OF=OG\), tanto \(A\) como \(O\) pertenecen a la mediatriz de \(FG\). Además, \(A\ne O\), porque \(A\) pertenece a la circunferencia no degenerada \(\Omega\). Por tanto, \(AO\) es precisamente la mediatriz de \(FG\).
Sea \(t\) la tangente a \(\Omega\) en \(A\). Tanto \(t\) como \(FG\) son perpendiculares a \(AO\), así que son paralelas. El teorema del ángulo semiinscrito da, por tanto, \[ \angle(AB,BC)=\angle(t,AC)=\angle(FG,AC). \tag{1} \]
El hecho de que \(B,D,F,K\) sean concíclicos, junto con la colinealidad de \(B,K,A\), da \[ \angle(FK,FD)=\angle(BK,BD)=\angle(AB,BC). \] En consecuencia, por (1), \[ \begin{aligned} \angle(FK,FG) &=\angle(FK,FD)+\angle(FD,FG)\\ &=\angle(FG,AC)+\angle(FD,FG)\\ &=\angle(FD,AC). \end{aligned} \tag{2} \]
Por otra parte, \(F,G,D,E\) pertenecen a \(\Gamma\), por lo que \[ \angle(FG,GE)=\angle(FD,DE). \] Además, \(C,G,E,L\) son concíclicos, así que \[ \angle(GE,GL)=\angle(CE,CL). \] Utilizando las colinealidades de \(B,D,E,C\) y de \(C,L,A\), obtenemos \[ \begin{aligned} \angle(FG,GL) &=\angle(FG,GE)+\angle(GE,GL)\\ &=\angle(FD,DE)+\angle(CE,CL)\\ &=\angle(FD,BC)+\angle(BC,AC)\\ &=\angle(FD,AC). \end{aligned} \tag{3} \] Las ecuaciones (2) y (3) dan \[ \angle(FK,FG)=\angle(FG,GL). \tag{4} \]
Consideremos ahora la reflexión del plano respecto de \(AO\). Esta reflexión intercambia \(F\) y \(G\). Como \(AO\perp FG\), la ecuación (4) indica que también transforma la dirección de \(FK\) en la dirección de \(GL\). Por tanto, transforma la recta \(FK\) en la recta \(GL\), y viceversa.
Las dos rectas son distintas y se cortan en \(X\), por lo que su única intersección debe quedar fija bajo esta reflexión. Los puntos fijos de la reflexión respecto de \(AO\) son exactamente los puntos de \(AO\). Por tanto, \(X\) pertenece a \(AO\), como se quería demostrar. \(\square\)
La solución se comprobó con las soluciones oficiales de la shortlist de la IMO.
IMO 2015 · 问题 4
在三角形\(ABC\)中,\(\Omega\)是其外接圆,\(O\)是其外心。以\(A\)为圆心的一个圆\(\Gamma\)与线段\(BC\)交于两点\(D\)和\(E\),使得点\(B,D,E,C\)互不相同,并且按此顺序排列在直线\(BC\)上。设\(F\)和\(G\)是\(\Gamma\)和\(\Omega\)的两个交点,并且使得点\(A,F,B,C,G\)按此顺序排列在\(\Omega\)上。设\(K\)是三角形\(BDF\)的外接圆和线段\(AB\)的另一个交点。设\(L\)是三角形\(CGE\)的外接圆和线段\(CA\)的另一个交点。
假设直线\(FK\)和\(GL\)不相同,且相交于点\(X\)。证明:\(X\)在直线\(AO\)上。
题目为官方中文译本。 官方试卷 (PDF)
解答
以下所有直线之间的角均为模\(180^\circ\)的有向角。
由于\(AF=AG\)且\(OF=OG\),\(A\)和\(O\)都位于\(FG\)的垂直平分线上。此外,\(A\ne O\),因为\(A\)位于非退化的圆\(\Omega\)上。因此\(AO\)恰为\(FG\)的垂直平分线。
设\(t\)为\(\Omega\)在\(A\)处的切线。\(t\)和\(FG\)都垂直于\(AO\),所以它们平行。因此由弦切角定理得 \[ \angle(AB,BC)=\angle(t,AC)=\angle(FG,AC). \tag{1} \]
由\(B,D,F,K\)四点共圆以及\(B,K,A\)共线,得到 \[ \angle(FK,FD)=\angle(BK,BD)=\angle(AB,BC). \] 因此,由(1), \[ \begin{aligned} \angle(FK,FG) &=\angle(FK,FD)+\angle(FD,FG)\\ &=\angle(FG,AC)+\angle(FD,FG)\\ &=\angle(FD,AC). \end{aligned} \tag{2} \]
另一方面,\(F,G,D,E\)位于\(\Gamma\)上,所以 \[ \angle(FG,GE)=\angle(FD,DE). \] 又因\(C,G,E,L\)四点共圆,故 \[ \angle(GE,GL)=\angle(CE,CL). \] 利用\(B,D,E,C\)共线以及\(C,L,A\)共线,得到 \[ \begin{aligned} \angle(FG,GL) &=\angle(FG,GE)+\angle(GE,GL)\\ &=\angle(FD,DE)+\angle(CE,CL)\\ &=\angle(FD,BC)+\angle(BC,AC)\\ &=\angle(FD,AC). \end{aligned} \tag{3} \] 由式(2)和(3)得 \[ \angle(FK,FG)=\angle(FG,GL). \tag{4} \]
现在对平面作关于\(AO\)的轴对称变换。这个变换将\(F\)和\(G\)互换。由于\(AO\perp FG\),式(4)表明,它也将\(FK\)的方向变为\(GL\)的方向。因此,它将直线\(FK\)变为直线\(GL\),也将后者变为前者。
这两条直线不同且交于\(X\),所以它们的唯一交点在该轴对称变换下必须保持不动。关于\(AO\)的轴对称变换的不动点恰为\(AO\)上的点。因此\(X\)位于\(AO\)上,得证。\(\square\)
解答已与 IMO 官方预选题(shortlist)解答核对。
IMO 2015 · Задача 4
Пусть \(\Omega\) — окружность, описанная около треугольника \(ABC\), а точка \(O\) — ее центр. Окружность \(\Gamma\) с центром \(A\) пересекает отрезок \(BC\) в точках \(D\) и \(E\) так, что точки \(B\), \(D\), \(E\) и \(C\) все различны и лежат на прямой \(BC\) в указанном порядке. Пусть \(F\) и \(G\) — точки пересечения окружностей \(\Gamma\) и \(\Omega\), при этом точки \(A\), \(F\), \(B\), \(C\) и \(G\) лежат на \(\Omega\) в указанном порядке. Пусть \(K\) — вторая точка пересечения окружности, описанной около треугольника \(BDF\), и отрезка \(AB\). Пусть \(L\) — вторая точка пересечения окружности, описанной около треугольника \(CGE\), и отрезка \(CA\).
Пусть прямые \(FK\) и \(GL\) различны и пересекаются в точке \(X\). Докажите, что точка \(X\) лежит на прямой \(AO\).
Официальный русский текст задачи. Официальный текст задач (PDF)
Решение
Все углы между прямыми ниже являются ориентированными углами по модулю \(180^\circ\).
Поскольку \(AF=AG\) и \(OF=OG\), обе точки \(A\) и \(O\) лежат на серединном перпендикуляре к \(FG\). Кроме того, \(A\ne O\), поскольку \(A\) лежит на невырожденной окружности \(\Omega\). Таким образом, \(AO\) — именно серединный перпендикуляр к \(FG\).
Пусть \(t\) — касательная к \(\Omega\) в точке \(A\). Обе прямые \(t\) и \(FG\) перпендикулярны \(AO\), поэтому они параллельны. Следовательно, по теореме об угле между касательной и хордой \[ \angle(AB,BC)=\angle(t,AC)=\angle(FG,AC). \tag{1} \]
Из того, что \(B,D,F,K\) лежат на одной окружности, а \(B,K,A\) — на одной прямой, следует \[ \angle(FK,FD)=\angle(BK,BD)=\angle(AB,BC). \] Следовательно, в силу (1), \[ \begin{aligned} \angle(FK,FG) &=\angle(FK,FD)+\angle(FD,FG)\\ &=\angle(FG,AC)+\angle(FD,FG)\\ &=\angle(FD,AC). \end{aligned} \tag{2} \]
С другой стороны, \(F,G,D,E\) лежат на \(\Gamma\), поэтому \[ \angle(FG,GE)=\angle(FD,DE). \] Кроме того, \(C,G,E,L\) лежат на одной окружности, поэтому \[ \angle(GE,GL)=\angle(CE,CL). \] Используя то, что \(B,D,E,C\) лежат на одной прямой, а \(C,L,A\) — на одной прямой, получаем \[ \begin{aligned} \angle(FG,GL) &=\angle(FG,GE)+\angle(GE,GL)\\ &=\angle(FD,DE)+\angle(CE,CL)\\ &=\angle(FD,BC)+\angle(BC,AC)\\ &=\angle(FD,AC). \end{aligned} \tag{3} \] Из равенств (2) и (3) следует \[ \angle(FK,FG)=\angle(FG,GL). \tag{4} \]
Теперь отразим плоскость относительно \(AO\). Это отражение меняет местами \(F\) и \(G\). Поскольку \(AO\perp FG\), равенство (4) означает, что оно также переводит направление \(FK\) в направление \(GL\). Следовательно, оно переводит прямую \(FK\) в прямую \(GL\), и наоборот.
Эти две прямые различны и пересекаются в \(X\), поэтому их единственная точка пересечения должна оставаться неподвижной при этом отражении. Неподвижные точки отражения относительно \(AO\) — в точности точки прямой \(AO\). Следовательно, \(X\) лежит на \(AO\), что и требовалось доказать. \(\square\)
Решение проверено по официальным решениям шортлиста IMO.
IMO 2015 · المسألة 4
ليكن \(ABC\) مثلثا و \(\Omega\) دائرته المحيطة و \(O\) مركزها. الدائرة \(\Gamma\) ذات المركز \(A\) تقطع الضلع \(BC\) في النقطتين \(D\) و \(E\)، بحيث تكون النقط \(B\)، \(D\)، \(E\)، \(C\) كلها مختلفة وتقع على المستقيم \(BC\) بهذا الترتيب. لتكن \(F\) و \(G\) نقطتي تقاطع الدائرتين \(\Gamma\) و\(\Omega\)، بحيث تقع النقط \(A\)، \(F\)، \(B\)، \(C\)، \(G\) على الدائرة \(\Omega\) بهذا الترتيب. لتكن \(K\) نقطة التقاطع الثانية للدائرة المحيطة بالمثلث \(BDF\) مع الضلع \(AB\). لتكن \(L\) نقطة التقاطع الثانية للدائرة المحيطة بالمثلث \(CGE\) مع الضلع \(CA\).
أثبت أنه إذا كان المستقيمان \(FK\) و\(GL\) مختلفين ويتقاطعان في النقطة \(X\)، فإن النقطة \(X\) تقع على المستقيم \(AO\).
نص المسألة هو الترجمة العربية الرسمية. ورقة المسائل الرسمية (PDF)
الحل
جميع الزوايا بين المستقيمات فيما يأتي زوايا موجهة بترديد \(180^\circ\).
بما أن \(AF=AG\) و\(OF=OG\)، فإن كلًا من \(A\) و\(O\) يقع على المنصف العمودي للقطعة \(FG\). فضلًا عن ذلك، \(A\ne O\)، لأن \(A\) تقع على الدائرة غير المنعدمة \(\Omega\). إذن \(AO\) هو بالضبط المنصف العمودي للقطعة \(FG\).
ليكن \(t\) المماس للدائرة \(\Omega\) عند \(A\). كل من \(t\) و\(FG\) عمودي على \(AO\)، لذا فهما متوازيان. ومن ثم تعطي مبرهنة الزاوية بين المماس والوتر \[ \angle(AB,BC)=\angle(t,AC)=\angle(FG,AC). \tag{1} \]
كون \(B,D,F,K\) على دائرة واحدة، مع كون \(B,K,A\) على استقامة واحدة، يعطي \[ \angle(FK,FD)=\angle(BK,BD)=\angle(AB,BC). \] وبالتالي، بموجب (1)، \[ \begin{aligned} \angle(FK,FG) &=\angle(FK,FD)+\angle(FD,FG)\\ &=\angle(FG,AC)+\angle(FD,FG)\\ &=\angle(FD,AC). \end{aligned} \tag{2} \]
من جهة أخرى، تقع \(F,G,D,E\) على \(\Gamma\)، لذا \[ \angle(FG,GE)=\angle(FD,DE). \] كذلك تقع \(C,G,E,L\) على دائرة واحدة، لذا \[ \angle(GE,GL)=\angle(CE,CL). \] باستخدام استقامية \(B,D,E,C\) واستقامية \(C,L,A\)، نحصل على \[ \begin{aligned} \angle(FG,GL) &=\angle(FG,GE)+\angle(GE,GL)\\ &=\angle(FD,DE)+\angle(CE,CL)\\ &=\angle(FD,BC)+\angle(BC,AC)\\ &=\angle(FD,AC). \end{aligned} \tag{3} \] تعطي المعادلتان (2) و(3) \[ \angle(FK,FG)=\angle(FG,GL). \tag{4} \]
نجري الآن تناظرًا محوريًا للمستوى بالنسبة إلى \(AO\). يبادل هذا التناظر بين \(F\) و\(G\). وبما أن \(AO\perp FG\)، فإن المعادلة (4) تعني أنه يحول أيضًا اتجاه \(FK\) إلى اتجاه \(GL\). ومن ثم يحول المستقيم \(FK\) إلى المستقيم \(GL\)، والعكس بالعكس.
المستقيمان مختلفان ويتلاقيان عند \(X\)، لذا يجب أن تكون نقطة تقاطعهما الوحيدة ثابتة تحت هذا التناظر. والنقط الثابتة تحت التناظر بالنسبة إلى \(AO\) هي بالضبط النقط الواقعة على \(AO\). إذن تقع \(X\) على \(AO\)، وهو المطلوب. \(\square\)
تمت مراجعة الحل بمقارنته بالحلول الرسمية لقائمة IMO المختصرة.