每日一题[516]费马点

已知锐角三角形$ABC$中一点$P$满足$\angle APB=\angle BPC=\angle CPA=120^\circ$，求证：

$$S_{\triangle BPC}:S_{\triangle CPA}:S_{\triangle APB}=\dfrac{\sin A}{\sin (A+60^\circ)}:\dfrac{\sin B}{\sin (B+60^\circ)}:\dfrac{\sin C}{\sin (C+60^\circ)}.$$

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证明    如图作等边三角形$ABD$，连接$PD$，由费马点的性质易知$C,P,D$三点共线．

于是有

$$\dfrac{S_{\triangle BPC}}{S_{\triangle CPA}}=\dfrac{\dfrac 12\cdot PC\cdot BC\cdot \sin\angle PCB}{\dfrac 12\cdot PC\cdot AC\cdot \sin\angle PCA}=\dfrac{BC}{AC}\cdot \dfrac{\sin\angle PCB}{\sin\angle PCA}.$$ 在$\triangle ABC$中应用正弦定理，有 $$\dfrac{BC}{AC}=\dfrac{\sin A}{\sin B};$$ 在$\triangle CAD$和$\triangle CBD$中应用正弦定理有 $$\dfrac{CD}{\sin (A+60^\circ)}=\dfrac{AD}{\sin\angle ACP},\dfrac{CD}{\sin (B+60^\circ)}=\dfrac{BD}{\sin\angle BCP},$$ 因此 $$\dfrac{\sin\angle PCB}{\sin\angle PCA}=\dfrac{\sin (B+60^\circ)}{\sin (A+60^\circ)};$$ 综上，有 $$S_{\triangle BPC}:S_{\triangle CPA}=\dfrac{\sin A}{\sin (A+60^\circ)}:\dfrac{\sin B}{\sin (B+60^\circ)},$$ 因此原命题得证．