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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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