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OMC192 (for experts)

OMC192(F) - 三角関数を使った解法

ユーザー解説 by imabc

 角 AA 内の傍接円と BCBC の接点を PP とし, PQPQ が角 AA 内の傍接円の直径となる点 QQ を取る.
  Ω\Omegaω2\omega_2 ,角 AA 内の傍接円の半径をそれぞれ R,r,rAR,r,r_A とする.
 中心を点 AA ,半径を AB×AC\sqrt{AB\times AC} とする反転を行った後, BAC∠BAC の二等分線に関して対称移動する操作を行うと, Ω\Omega は直線 BCBC に, ω2\omega_2 は角 AA 内の傍接円の QQ での接線に移る.したがって, r:R=AF:AF+2rAr:R=AF:AF+2r_A .(詳しくはSchwarzeKatze9さんの記事が参考になります. https://mathlog.info/articles/3944
  BDCE|BD-CE|R,A,BCR,A,B-C で表すと,

BDCE=ACAB=2RsinB2RsinC=2R2cosB+C2sinBC2=4RsinA2sinBC2 \begin{aligned} |BD-CE|&=|AC-AB| \\ &=|2R\sin B-2R\sin C| \\ &=2R\left|2\cos \dfrac{B+C}{2}\sin \dfrac{B-C}{2}\right| \\ &=4R\sin \dfrac{A}{2}\sin \dfrac{|B-C|}{2} \end{aligned}

 すなわち sinA2sinBC2=BDCE4R\sin \dfrac{A}{2}\sin \dfrac{|B-C|}{2}=\dfrac{|BD-CE|}{4R}

 また r:R=AF:AF+2rAr:R=AF:AF+2r_A より,

Rr=AF+2rAAF=1+2×4RsinA2cosB2cosC22RsinBsinC=1+sinA2sinB2sinC2=1+2sinA2cosBC2sinA2 \begin{aligned} \dfrac{R}{r}&=\dfrac{AF+2r_A}{AF} \\ &=1+\dfrac{2\times4R\sin \dfrac{A}{2}\cos \dfrac{B}{2}\cos \dfrac{C}{2}}{2R\sin B\sin C} \\ &=1+\dfrac{\sin \dfrac{A}{2}}{\sin \dfrac{B}{2}\sin \dfrac{C}{2}} \\ &=1+\dfrac{2\sin \dfrac{A}{2}}{\cos \dfrac{B-C}{2}-\sin \dfrac{A}{2}} \end{aligned}

 すなわち cosBC2sinA2=R+rRr\dfrac{\cos \dfrac{B-C}{2}}{\sin \dfrac{A}{2}}=\dfrac{R+r}{R-r}

 よって,

FM=12CFBF=122RsinBcosC2RsinCcosB=RsinBC=2R×sinA2sinBC2×cosBC2sinA2=2R×BDCE4R×R+rRr=79725463 \begin{aligned} FM&=\dfrac{1}{2}|CF-BF| \\ &=\dfrac{1}{2}|2R\sin B\cos C-2R\sin C\cos B| \\ &=R\sin |B-C| \\ &=2R\times \sin \dfrac{A}{2}\sin \dfrac{|B-C|}{2}\times\dfrac{\cos \dfrac{B-C}{2}}{\sin \dfrac{A}{2}} \\ &=2R\times \dfrac{|BD-CE|}{4R}\times \dfrac{R+r}{R-r} \\ &=\dfrac{79725}{463} \end{aligned}

 より答えるべき値は 80188\mathbf{80188}