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OMC094 (for experts)

OMC094(F)

ユーザー解説 by zplc

 少しゴリ押し強めの解法です.


 DEH\triangle DEHCBH\triangle CBH は相似であり,その相似比は cosA:1\cos \angle A:1 であるから BC=10/cosABC=10/\cos\angle A である.また,接弦定理より A=CBP\angle A=\angle CBP だから BC=32cosABC=32\cos\angle A である.これらを連立することで cosA=5/4,BC=85\cos \angle A=\sqrt{5}/4, BC=8\sqrt 5 を得る.
 BCBC の中点を MM とし,HH から直線 PMPM に下ろした垂線の足を QQ とおく.また BHC\triangle BHC の外心を OO とおく.このとき OO は線分 PMPM 上にあり,BOC=2A\angle BOC=2\angle A が分かるから MO=12BC×511=2011, HO=12BC×411=16511MO=\frac12 BC\times \frac{\sqrt{5}}{\sqrt{11}} = \frac{20}{\sqrt{11}}, HO=\frac12 BC\times \frac{4}{\sqrt{11}} = \frac{16\sqrt{5}}{\sqrt{11}} を得る.また PM=4411PM=\dfrac{44}{\sqrt{11}} であるから PO=2411PO=\dfrac{24}{\sqrt{11}} である.ここで QO=xQO=x とおけば,三平方の定理より (419)2(16511)2=HP2HO2=QP2QO2=(x+2411)2x2(4\sqrt{19})^2-\left(\frac{16\sqrt 5}{\sqrt{11}}\right)^2=HP^2-HO^2=QP^2-QO^2=\left(x+\frac{24}{\sqrt{11}}\right)^2-x^2 が成立し,これを解くことで x=3111x=\dfrac{31}{\sqrt{11}} を得る.同時に HQ=29HQ=\sqrt{29} も分かる.以上より,直線 AHAHBCBC の交点を FF とおけば BH2=BF2+HF2=(BMHQ)2+(QOMO)2 (AB<AC)=(4529)2+112=1208145\begin{aligned} BH^2&=BF^2+HF^2 \\ &= (BM-HQ)^2+(QO-MO)^2 (\because AB\lt AC)\\ &= (4\sqrt{5}-\sqrt{29})^2+\sqrt{11}^2\\ &=120-8\sqrt{145} \end{aligned} 従って解答すべき値は 120+8+145=273120+8+145=\textbf{273} である.