印象里这个题目来自某年IMOR,即所谓的IMO Revenge(复仇赛)。
第一步,利用P作位似,把O'变成O。也就是说把平行问题转化为共线问题。这里重新叙述问题如下:
以P为位似中心,作A''B''C''使得A''B''C''与ABC的位似比等于ABC与A'B'C'的位似比。圆BA''C''与圆CA''B''交于X‘’,并类似定义Y'',Z''。设W''是X''Y''Z''的外心,则有W'',O,W共线。
第二步,考虑以圆ABC为基圆的一个反演,则有圆X''Y''Z''的像恰是圆XYZ.(如下图)
设X_1是X‘’的反演像,类似的定义Y_1,Z_1。不难验证,
1)B,C,X,X_1共圆, 并类似有另外两组共圆。即验证angle BXC + angle BX''C = π - 2*angle BAC.
2) X, X_1,Y, Y_1共圆,并类似有另外两组共圆。利用1),可验证angle XX_1Y_1 = angle XYY_1.
根据2),可以得到XX_1, YY_1, ZZ_1三线共点或X,Y,Z,X_1,Y_1,Z_1六点共圆。我们还需要排除前者的情形。以如下情况为例,
这里设P在锐角三角形ABC的内部。于是容易发现X在圆ABC外部,X‘’在圆ABC内部。考虑三圆, 圆BCX, 圆ACY, 圆XYX_1Y_1,由根心定理,XX_1与YY_1的交点在圆BCX, 圆ACY的根轴上。从而若XX_1, YY_1, ZZ_1三线共点,则所共点即圆BCX, 圆ACY,圆ABZ的根心,记为Q。由于X,Y,Z在圆O外部,于是根心Q在三角形ABC内部。而XX_1过Q,于是X_1在圆O内部。而X_1与X‘’是一对关于圆O的反演点,从而X''在圆O外部,得到矛盾。
至此,我们得到X,Y,Z,X_1,Y_1,Z_1六点共圆,从而得到原结论。