每日一题[2177]两圆相遇

$\triangle ABC$ 的三边长 $AB=7$，$BC=8$，$CA=9$．圆 $\omega_1$ 过点 $B$ 且与直线 $AC$ 且于点 $A$，圆 $\omega_2$ 过点 $C$ 且与直线 $AB$ 切于点 $A$．设 $K$ 是圆 $\omega_1$ 与圆 $\omega_2$ 的不同于 $A$ 的交点，$AK$ 的最简表示为 $\dfrac pq$，则 $p+q=$ _______．

答案    $11$．

解析    根据弦切角定理，有

$$\angle KAB=\angle ACK,\quad \angle KAC=\angle ABK,$$ 于是 $\triangle ABK\sim\triangle CAK$，进而 $$\dfrac{BK}{AK}=\dfrac{AK}{CK}=\dfrac{AB}{CA}=\dfrac79.$$

设 $AK=x$，则 $BK=\dfrac 79x$，$CK=\dfrac 97x$，从而

$$\angle AKB=\angle AKC=180^\circ -\angle A,\quad \angle BKC=2\angle A,$$ 于是 $$\begin{split} 2[A B C] &=2[A K B]+2[B K C]+2[C K A] \\ &=A K \cdot B K \cdot \sin \angle A K B+B K \cdot C K \cdot \sin \angle B K C+ C K \cdot A K \cdot \sin \angle C K A \\ &=x^{2}\left(\frac{7}{9} \sin A+\sin 2 A+\frac{9}{7} \sin A\right) \\ &=x^{2} \sin A \cdot\left(\frac{7}{9}+2 \cos A+\frac{9}{7}\right) \\ &=x^{2} \sin A \cdot\dfrac{7^{2}+\left(9^{2}+7^{2}-8^{2}\right)+9^{2}}{9 \cdot 7}\\ &=\dfrac{28}9x^2\sin A.\end{split}$$ 而 $$2[A B C]=9 \cdot 7 \cdot \sin A\implies x=\frac{9}{2},$$ 因此所求 $m+n=9+2=11$．