平面几何中几个重要定理的证明

巡山小妖精
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2021年01月29日 14:30
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2021年1月29日发(作者:一缕幽情在梦中)

平面几何中几个重要定理及其证明

一、塞瓦定理

1
.塞瓦定理及其证明

定理
:
在

ABC
内一点
P
,
该点与

ABC
的三个顶点相连所在的三条直 线分别交

ABC
三边
AB
、
BC
、
CA
于点
D
、
E
、
F
,且
D
、
E
、
F
三点均不是

ABC
的顶点,则有











AD
BE
CF



1
.

DB
EC
FA
.

D
B
A
AD
S

ADP
S

ADC


证明
:
运用面积比可得
DB
S

BDP
S

BDC
根据等比定理有

F
P
C
S

ADP
S

ADC
S

ADC
S

ADP
S

APC



S

BDP
S

BDC
S

BDC
S

BDP
S

BPC
,

E
AD
S

APC

所以
DB
S

BPC
BE
S

APB

.同理可得
EC
S

APC
CF
S

BPC

,
FA
S

APB
.

AD
BE
CF



1
.
三式相乘得
DB
EC
FA
注
:在运用三角形的面积比时,要把握 住两个三角形是“等高”还是“等底”
,这样就
可以产生出“边之比”
.

2
.塞瓦定理的逆定理及其证明

定理
:在

AB C
三边
AB
、
BC
、
CA
上各有一点
D< br>、
E
、
F
,且
D
、
E
、
F
均不是

ABC
AD
BE
CF



1
,
那么直线
CD
、
AE
、
的顶点,
若

DB
EC
FA
BF
三线共点.
证明
:设直线
AE
与直线
BF
交于点
P
,直线
CP
交
AB
于点
D
/
,则据塞瓦定理有

A
AD
/
BE
CF



1< br>.

/
D
B
EC
FA




因
为

D
/
D
B
F
P
C
AD
BE
CF



1
DB
EC
FA
,
所
以
有
E

1

AD
AD
/

/
DB
D< br>B
.由于点
D
、
D
/
都在线段
AB
上,所以点
D
与
D
/
重合.即得
D
、
E< br>、
F
三点
共线.

注
:利用唯一性,采用同一法,用上塞瓦定理使命题顺利获证.

二、梅涅劳斯定理

3
.梅涅劳斯定理及其证明

定理:一条直线与

ABC
的三边
AB
、
BC
、< br>CA

所在直线分别交于点
D
、
E
、
F,且
D
、
E
、
F
均不是

ABC的顶点,则有








A
AD
BE
CF



1
.

DB
EC
FA
D
B
E
C
G 证明
:如图,过点
C
作
AB
的平行线,交
EF
于
点
G
.

因为
(
1
)

CG
CF

CG
//
AB
,所以

————
AD
FA
F
CG
EC

因为
CG // AB
,所以

————(
2
)

DB
BE
AD
BECF
DB
BE
CF



1
.



由(
1
)÷(
2
)可得
,即得< br>DB
EC
FA
AD
EC
FA
注
:添加的辅助 线
CG
是证明的关键“桥梁”
,两次运用相似比得出两个比例等式,再
拆去“ 桥梁”
(
CG
)使得命题顺利获证.

4
.梅涅劳斯定理的逆定理及其证明

定理
:在

ABC
的边
AB
、
BC
上各有一点
D
、
E
,在边
AC
的延长线上有一点
F
,若
AD
BECF



1
,

DB
EC
FA




那么,
D
、
E
、
F
三点共线.


/
证明
:设直线
EF
交
AB
于点
D
,则据梅涅劳斯定
理有

A
D
/
D
B
E
C
F
AD
BE
CF



1
.

/
D
B
EC
FA

/
2

因为

AD
BE
CF
AD
AD
/



1
,
所以有

/
DB
D< br>B
DB
EC
FA
.
由于点
D
、
D< br>/
都在线段
AB
上,
所以点
D
与
D
/
重合.即得
D
、
E
、
F
三点共线.

注
:证明方法与上面的塞瓦定理的逆定理如出一辙,注意分析其相似后面的规律.

三、托勒密定理

5
.托勒密定理及其证明


A
B
定理
:凸四边形
ABCD
是某圆的内接四边形,则有

M





A
B
·
CD + B
C
·
AD = A
C
·
BD
.

证明
:设点
M
是对角线
AC
与
BD
的交点,在线 段
BD
E
上找一点,使得

DAE =

BAM
.

因为

ADB =

ACB
,
即

ADE =

ACB
,
所以

ADE
C
D
∽

ACB
,即得

AD
DE

AC
BC
,
即
A
D

B
C
A
C


D
E
————(
1
)

由于

DAE
=

BAM
,所以

DAM
=

BAE
,即

DAC
=

BAE
。而

ABD
=

ACD
,即

ABE =

ACD< br>,所以

ABE
∽

ACD
.即得






A
B
B
E

,即
AB

CD

AC

BE

————(
2
)

A
C
C
D
由(
1
)
+
(
2
)得



A
D

B
C

A
B

C
D

A

C
D

E
A

C

B
E

.
A

C
所以
A
B
·
CD + B
C
·
AD = A
C
·
BD
.

注
:巧妙构造三角形,运用三角形之间的相似推得结论.这里的构造具有特点,不容易
想到, 需要认真分析题目并不断尝试.

6
.托勒密定理的逆定理及其证明

定理
:如果凸四边形
ABCD
满足
AB×
CD + BC×
AD = AC×
BD
,那么
A
、
B
、C
、
D
四点
共圆.

证法
1
(同一法)
:

在凸四边形
ABCD
内取一点
E
,使得

EAB


DAC
,

EBA


DCA
,则

EAB∽

DAC
.

可得
AB×
CD = BE×
AC

———(
1
)


A
B
E


D
C
3

且


AE
AB

AD
AC







———
(
2
)

则由

DAE


CAB
及(
2
)可得

DAE
∽

CAB
.于是有






AD×
BC = DE×
AC

———(
3
)

由(
1
)
+
(
3
)可得

AB×
CD + BC×
AD = AC×
( BE + DE )
.

据条件可得

BD
=
BE
+
DE
,则点
E
在线段
BD
上.则由

EB A


DCA
,得

DBA


DCA
,这说明
A
、
B
、
C
、
D
四点
共圆.



证法
2
(构造转移法)



延长
DA
到
A
/
,延长
DB
到
B
/
,使
A
、
B
、
B
/
、
A
/
四点共圆.延长
DC
到
C
/,使得
B
、
C
、
C
/
、
B
/
四
点共圆.
(如果能证明
A
/
、
B
/、
C
/
共线,则命题获证)



那么,据圆 幂定理知
A
、
C
、
C
/
、
A
/< br>四点也共圆.


A
/
B
/
A
B


因此,
A
/
B
/
A/
D

AB
BD
B
/
C
/
C
/
D

,
.

BC
BD
D
C
C
/


可得

/
/AB

A
D

BC

C
D
/
/
/
/
A
B

B
C

.
BD
/
A
/
C
/
A
/
D
AC

A
D
/
/

A
C

AC
CD
,即
CD


另一方面,
.



欲证
AB

A
/
D

BC

C
/
D
BD
=
AC

A
/
D
,即证

CD
AB

CD

A
/
D

BC

CD

C
/
D

AC

BD

A
/
D< br>


即

BC

CD

C
/
D

(
AC

BD

AB< br>
CD
)
A
/
D
.



据条件有

AC

BD

AB

CD

AD

BC
,所以需证

BC
< br>CD

C
/
D

AD

BC

A
/
D
,



即证
CD

C

/
/
/
/
/
/
/
D

AD

A
/
D,
这是显然的.
所以,
A
B

B
C

A
C
,
4

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