Olimpiadas de Matemáticas
Página de preparación y problemas

Solución. Si recortamos el cuadrado y también el triángulo $CPQ$, podemos doblar por las líneas $AP$ y $AQ$ para formar una pirámide con vértice en $A$. Observemos que, de esta forma $B$ se identifica con $D$ ya que ambos puntos están a la misma distancia de $A$. No obstante, para comprobar que efectivamente la pirámide se cierra, observamos que el triángulo de vértices $B=D$, $P$ y $Q$ en el espacio es rectángulo ya que es congruente con el triángulo $CPQ$ que hemos quitado. Ahora la solución al problema es evidente ya que $BX$, $XY$ y $DY$ forman un triángulo en el espacio.

Solución. Las mediatriz de $AC$ pasa por $O_A$ y por el centro $O$ de la semicircunferencia y, de la misma forma, la mediatriz de $BD$ pasa por $O_B$ y por $O$. Por tanto, que $O_AO_B$ sea paralela a $MN$ equivale a que los triángulos $OO_AO_B$ y $OMN$ sean semejantes. Si trazamos perpendiculares a la recta $CD$ que pasan por $A$, $M$, $O_A$, $O_B$, $N$ y $B$ (en línea discontinua en la figura) y marcamos los puntos de intersección con $CD$ como $E$, $F$, $G$, $H$, $I$ y $J$, respectivamente, el teorema de Thales nos dice que \[\frac{OO_A}{GP}=\frac{OM}{PF},\qquad \frac{OO_B}{HP}=\frac{ON}{PI}.\] Utilizando que $G$ y $H$ son los puntos medios de $CP$ y $DP$ (ya que las perpendiculares por $O_A$ y $O_B$ son mediatrices de $CP$ y $DP$, respectivamente), las semejanzas anteriores se reescriben como \[\frac{OO_A}{OM}=\frac{CP}{2PF},\qquad \frac{OO_B}{ON}=\frac{DP}{2PI}.\] Como $CP=DP$ por ser $P$ el punto medio de $CD$, el problema estará resuelto si demostramso que $PF=PI$. Usando de nuevo que $CP=DP$, podemos reducir el problema aún más a probar que $PE=PJ$, pero esto último es sencillo ya que es consecuencia del teorema de Thales aplicado a las paralelas $BJ$, $OP$ y $AE$ que cortan a las rectas $AB$ y $AJ$, teniendo en cuenta que $O$ es el punto medio de $AB$.