平面几何试题精选

温柔似野鬼°
726次浏览
2021年02月16日 17:51
最佳经验
本文由作者推荐

英语必修三单词-

2021年2月16日发(作者:孙晓岐)


.



01



凸四边形


ABCD


的对角线交于点


M


,点


P



Q


分别是△


AMD


和△


CMB


重心,


R


、< /p>


S



别是△


DM C


和△


MAB


的垂心.求证

< p>
PQ



RS


< p>


证:过


A


< p>
C


分别作


BD


的平行线, 过


B



D


分别 作


AC


的平行线.这四条直线分别相


交 于


X



W


、< /p>


Y



Z




则四边形


XWYZ


为平行四边形,且


XW



AC



XZ



< p>
则四边形


XAMD



MB YC


皆为平行四边形.



由其对角线互相平分知



< p>
MX


在△


AMD


中线所在 直线上,




MY

在△


BMC


中线所在直线上,且



MP


1


MQ




=



=





MX< /p>


3


MY




XY



PQ




故欲证原命题,只需证


XY



RS


,这等价于




SY



2



SX



2


=


RY



2



RX



2




下证上 式:由


S


为△


AMB

< br>垂心知


SB



AM





SB



WY



< br>同理


SA



WX


.则勾股定理知




SY



2


=


SB



2


+


BY



2


=


BY



2


+



SW



2



WB



2



=


BY



2



WB



2


+


SA



2


+


WA



2








SX



2


=


SA



2


+


XA



2







①-②得



SY



2



SX



2


=


BY



2



WB



2


+


WA



2



XA



2







同理得



RY



2


=


YC



2



ZC



2


+


RD



2


+


DA



2


,


RX



2


=


DX



2


+


RD



2






RY



2



RX



2


=


YC



2



ZC



2


+


DZ



2



DX



2








XW< /p>



DB



YZ< /p>


,


WY



AC



XZ



BY


=


DZ


,


WB


=


XD


,


AW


=


YC


,


AX


=


ZC




比较③④两式右边即有



SY



2



SX



2


=


RY



2



RX



2




由此即有



XY



RS


,从而得出


PQ



RS


,证毕.



02



已知


E



F


是△


AB C


两边


AB



AC


的中点,


CM


< br>BN



AB


< br>AC


边上的高,连线


EF



MN


相交于


P


点. 又设


O



H


分 别是△


ABC


的外心和垂心,连接


AP



OH


.求证


AP



OH




同苏炜杰


03



证:



引理:如图,设∠


BAP


=



,



BAP



=



,则



.


W


B


Y< /p>


S


A



P


X


D


R


< p>
M



Q


Z


C


sin




BAP


sin




BAP




=









AP



sin




CAP


sin




CAP



.


AP



重合.



引理的证明:事实上,①式即




sin




A






sin




A



< /p>


sin




sin





=






=





sin




A






sin




A



< /p>


sin




sin




A


β


α


( )


B


P


( )


P''





sin



A



cot





sin



A


=


sin



A



cot





cos



A






=






AP



AP



重合.引理得证.



回到原题:为了看得清,我们画两张图表示,过


A



AQ



OH


=


Q




C


A


我们证明


AP



AQ


重合:由引理只需证



sin




1


sin




3



=







sin




2


sin




4


M


E


P


F


N


先看右图, ∵



E



P< /p>



F


三点共线,以


A


为视点运用张角定理得




sin




B AC


sin




1


sin




2



=



+





AP


AF


AE


B


C


综合 上二式有






sin




1


AF


·< /p>


AN


EM


1


1< /p>


1


1







sin




1 =









sin




2





=






AP


AN


AM


AE


sin




2


AM


·


AE


N F


又易有


M



B



C



N< /p>


四点共圆.





AM


·


AB


=


AN


·


AC


,即



2


AM


·


AE


= 2


AN


·


AF




sin




1


EM





=







NF


sin




2



再看右图,∵




AQH


=



ANH


=



AMH


= 90







A



M



Q



H



A



Q



H


< br>N


分别四点共圆.






MHQ


=



3,



BHQ


=



4




在△


MOH


与△


B OH


中分别运用正弦定理有




MO


OH


BO


OH< /p>



=



,



=





sin




3


sin




OMH


sin




4


sin




OBH


sin




3


OM



sin




OMH



=




其中


MO



sin




OMH


=


OM



cos




OME


=


EM




sin




4


OB



sin




O BN


B


M


E


O


G


Q


H


F


N


A


3


4


C


两式相除有




O



OG



BN


=


G


,由∠


OGN


=



GNF


=



NFO


= 90

< br>



OGNF


为矩形.





OG


=


NF


,


OB



sin




OBN


=


OG


=


NF






sin




3


EM



=







NF


sin




4


综合②③知①式成立,故


AP



OH


,证毕.



03




H< /p>


为△


ABC


的垂心,

D



E



F


为△


ABC


的外接圆上三点使得


AD



BE



CF



S



T



.


.


U


分别为


D



E



F


关于边


BC



CA



AB


的对称点.求证


S



T



U



H


四点共圆.




何长伟


02


,但解法不同




证:我们先证明一些关于四边形

< p>
HUST


的性质:



延长


AH



BH



CH


与△


ABC


外接圆交于


A



< br>B




C





A


熟 知


H



A


< /p>


关于


BC


对称,


H



B



关于


AC


对称,


H



C



关于


A B


对称.



C'


H



D



S


关于


BC


对称,故四边形


DHA



S


关于

< p>
BC


对称.





DHA



S


必为等腰梯形.四边形


HFUC




HTEB



同理亦然.< /p>



B





HS


=


A



D


,


HU


=


C



F


,


HT


=


B



E


,



SHA



=



HA



D




U


⌒< /p>






CE




所对圆周角为



,由


AD



BE

< br>,


DE




=


AB










DE




所对角为∠


C


,


AC




所对角为∠


B


,


CE




所对角为









AD




所对角为



B



C




.< /p>






SHA



=



HA



D


=


B



C









1




1






UHC



=



HC



F


=



CC



F


=




BC





BF





=




BC





CE





=


A




,


2


2




AHC



= 180



-∠


C

< br>


HA



=


B







UHA



= 180





C



HU


+



AHC





=


C


+








同理可得∠


THA



=


B











+


②得




UHS


=



B


;①-③得




SHT


=



C










A



D




=


A



B




+


AB




+


AD




= 2



9 0




B


+


C


+


B



C






= 2



90











A



D


= 2


R



sin




90



-< /p>





.∴



HS


= 2


R



sin




90



-< /p>







同理可计算出



C



F


= 2


R



sin




90



-< /p>


B


+





,


BE



= 2


R



sin




90



-< /p>


C








从而


HU


= 2


R



sin




90



-< /p>


B


+





,


HT


= 2


R



sin




90



-< /p>


C








由此有


HS


:


HU


:


HT


=


sin




9 0







:


sin




90




B


+





:


sin




9 0




C


-< /p>







综上我 们得出了一些关于四边形


HUST


的性质:




UHS


=



B


,



SHT


=



C


,


sin




9 0




B


+





HT


sin




90




C






H U



=



,



=





HS


HS


sin




9 0







s in




90







F


A '


D


B'


E



T


C


S



下面我们利用这些性质判定


H


< p>
U



S



T


四点共圆:



作△


XYZ


∽△


ABC


,即 ∠


X


=



A


,



Y


=



B


,



Z


=



C





ZY



X


异侧作∠


ZYW


1


= 90




B


+



,



YZW


2


= 90




C





YW


1



ZW


2


交 于


W


,连



X W







ZWY


= 180





ZYW


+



YZW



= 180




180




B


C



=



B


+



C


= 180


-∠


ZXY


< br>




X



Z



W



Y


四点共圆.






XZW


+



XYW


= 180







*




X




XYW


=



XYZ


+



ZYW


=



B


+ 90




B


+



= 90



+



,




WXY


=



WZY


= 90

< br>



C






sin




W XY


sin




90




C






WY


HT




由正弦定理知




=



=



=





WX


HS


sin




X YW


sin




90



+





又∠


YWX


=



YZX


=



C


=



THS


,∴




WZX


∽△


HTS




Z


W


Y


.


.


从而∠


WYX


=

< br>∠


HTS


.同理可得∠


WZX< /p>


=



HUS







*



,∴




HTS


+



HUS


= 180



.从而


H



T



S


U


四点共圆.证毕.




评注:


这一作法的出发点是想通过对线段长度以及角度的计算揭示


H



T


< p>
S



U


四点的

< p>
一些并不明显的性质,


利用熟知结论


“垂心关于边 的对称点在外接圆周上”


将类似线段转化


为可求的,刻画了“对 称”条件.角度的推算多次利用弧长,刻画了“平行”条件,后半部


论证精神为同一法.


事实上,


一个四边形中若已知一个顶点引出的三条线段及两个角 ,


则这


个四边形便已确定.



04



在△


A BC


中,


D



BC


边上一点,设


O


1



O


2


分别是△


ABD


、△


ACD


外心,< /p>


O



是经过


A< /p>



O


1



O


2


三点的圆的圆心,记△

< br>ABC


的九点圆圆心为


N


i


,作


O



E



BC



=


E


.求证


N


i


E



AD




证:以△


ABC


外接 圆圆心为原点建立复平面,设其半径为


1




A



cos




,


sin







B




co s




,


sin







C



cos




,


sin






,∠


ADB


=





由正弦定理知



AB


AC



= 2


sin




=



且∠


BAO


1


=



CAO


2




AO


1


AO


2


1





2


sin







O


1


AO


2


=



BAC


,从 而△


AO


1


O


2


∽△


ABC


且相似比为



由∠


BAO


1


= 90






知△


ABC


变换为△

< br>AO


1


O


2

为一个绕


A


逆时针旋转


90





< p>
及以


A



中心位似比为< /p>



1



的位似变换之积.



2


sin





AO




=




cos




,



sin







对应复数为-


cos





i



sin




, 则


AO



对应复数为

< br>


1





cos





i



sin






·




cos




90







+


i



sin




9 0









=


A





记为





2


sin




1



A


< /p>


=




[


sin










+


i



cos










]




2


sin




sin



 






sin






+







O



=


A


+


A



,∴


< /p>


O



的横坐标即为-


+


cos




=





2


sin




2


sin






E


点坐标为




sin






+






,


sin








2


sin




N


i


O


3



=




N< /p>


i



O



G


异侧.



OG


2


O


1


A


O


2


O'


< p>
N


i



E


D


C


B


又由九点圆性质,设< /p>


O


为外心,


G


为 重心,则



3


3



G



G


点 对应复数,


N


i


N


i


点对应复数,则


N

< p>
i


=



G


=




A


+


B


+


C





2


2


于是


N


i


坐标为




cos




sin




+ 2


sin





,




.设


N


i


E


斜率为


k


,则



2


2


=


sin





sin





=



tan






cos





sin





sin






+






k


=


sin




+ 2


sin






sin




2


cos




sin






+









2


2


sin




又∵




ADC


=





,∴



AD


斜率亦为-


tan




,故


AD



B


i


E

平行,证毕.



05


< p>
设△


ABC


的边


AB


中点为


N


,∠


A< /p>


>



B


,< /p>


D


是射线


AC


上 一点,满足


CD


=


BC

< p>


P


是射


.


.


线


DN


上 一点,且与点


A


在边


BC


同侧,满足∠


PBC



=



A



PC< /p>



AB


交于点


E



BC



DP


交于点


T


.求表达式

< br>


BC


EA





的值.



TC


EB


解:我们先证明


CP


平分∠


ACB


,且


CP



BD


.用同 一法.



1


作∠


ACB


平分线


CP




DN



P

< br>


,则∠


BCP



=



ACP



=



CBD


=



CDB


=




C




2




P



C



BD


.我们证明∠


P



B C


=



A




事实上,这只须证△


BCP



∽△


ADB



< p>
1


又由于我们已知∠


BCP



=



ADB


=




C




2


CP



BC


故只须证




=







BD


AD


注意到


P



C



BD


,故



CP



CT



=




< /p>


BD


BT


CT


C D



=







BT


AD


BT


CD


AN





= 1




C T


DA


NB


B


P


( )


P'


E


N


T


C


A

D



CD


=


BC


,故







对直线


NTD


截△


ABC


运用梅涅劳斯定理有





N



AB


中点,∴



AH


=


NB





CT


CD



=



,②得证.



BT


AD


从而




BCP



∽ △


ADB






P



BC< /p>


=



A







PBC


=



P



BC



P




P< /p>



A


皆在


BC< /p>


同侧,


P



与< /p>


P


皆在


ND


上, ∴



P



=


P






CP


平分 ∠


ACB



CP



BD




下证



BC


E A


BC


TD


NA





= 2


,对


ACD


截△


BTN







= 1




TC


EB


EB


DN


AB


BC


2


DN


2


NT



=



= 2 +





TC< /p>


TD


TD


EA


A C


2


NT


AC



=



,我们证明




=



即可.



EB


CB


TD


CB


2


NT


CD




= 1




TD


A C


DC


AB


NT


2


NT


CD


BC

EA





= 1







= 1








= 2




CA


B N


TD


TD


AC


TC


EB




N



AB


中点,∴

< br>




CP

平分∠


ACB


,∴





CD


=


BC


,∴



只须证




B TC


截△


AND


运用梅氏定理有



综上所述,所求




BC


EA





= 2




YC


E B


评注:从题目的问题得到提示,使用梅氏定理,比例的转换方向明确.



.


.



06




AB C


中,


BD



CE


为高,


CG


BF


为角平分线,


I


是内心,


O


为外心.求证


D



I



E


三点 共线





G



O



F


三点共线.



证:记∠


BAC


=


A


,



ABC


=


B


,



ACB


=


C



BC


=


a


,


AB


=


c


,


AC


=


b


,△


ABC


外接圆半径



R


,内切圆半径为


r




易得



AO


=


R


,


AI


=


r



,


AD


=


c



cos



A


= 2


R



sin



C



cos



A


,


AE


= 2


R



sin



B



cos



A


,



sin



A



2


A


A


EAI


=



IAD


=



,



GAO


= 90




C


,



OAC


= 90

< br>



B




2



AF


+


FC


=


b


,


AF


c


bc


bc



=



解得


AF


=



.同理可得



AG


=





FC


a


a


+


c


a


+


b


sin




GAO


sin




OAC


sin



A



=



+




AO


AF


AG


B


E


O




G


F


I


D


H



由张角定理知,


G



O



F


三点共 线








sin



A


cos



B


cos



C



=


bc



+


bc




R




a


+


b


a


+


c


C





bc



sin



A


=


R


[



a


+


b




cos



B


+



a


+


c




cos



C


]



利用正弦定理






2


sin



A



sin



B



sin



C


=



sin



A


+


sin



B




cos



B


+




sin



A


+


sin



C




cos



C





2


sin



A



sin



B



sin



C


=


sin



A




cos



B


+


cos



C



+


sin



B



cos



B


+


sin



C



cos



C



1


利用



sin



B



cos



B


+


sin



C



cos



C


=





sin


2


B


+


sin


2


C



=


sin




B


+


C




cos




B



C



=


sin



A



cos



2



B



C



消去


sin



A





2


sin



B



sin



C


=


cos



B


+


cos



C


+


cos




B



C





再对左边积化和差有




cos




B



C




cos




B


+


C



=


cos



B


+


cos



C


+


cos




B



C






cos



A


=


cos



B


+


cos



C






*




另一方面,


D



I



E


三点共线







sin




E AI


sin




DAI


sin



A



=



+




AI


AD


AE



+





2


R



cos



A



sin



B


2


R



cos



A



sin



C


sin



A



2


sin



A



2


sin



A


r



=


sin



A



2



消去



sin



A



、去分母有



r




sin



B


+


sin



C



= 2


R



sin



A



sin



B



sin



C



cos



A




2


1




S


= 2


R



2



sin



A



sin



B



sin



C


=



r




a


+


b


+


c





2




2


R



sin



A



sin



B



sin



C


a


+


b


+


c



=



=


sin



A


+


sin



B


+


sin



C




正弦定理





r


2


R< /p>




sin



B


+


sin



C


=



sin



A


+


sin



B


+


sin



C





cos



A




A


B


右边和差化积,右边利用熟知的三角形内恒等式

< br>


sin



A


+


sin



B


+


sin



C


= 4


cos




cos




2


2


C


cos






2


B



C


A


A


B


C



2


cos




cos




= 4


cos




cos




cos




cos



A




2


2


2


2


2


.


.


A


B


C


消去



2


cos




再对



cos




cos




积化和差有



2


2


2



cos



B



C


B



C


B



C


B


+


C


A



=



cos




+


cos






cos



A





cos





1



cos



A



=


sin




cos



A


2


2


2


2


2< /p>


B



C


B



C


A


A

< p>


sin



2




cos



A




2


cos




sin




=


cos



A


2


2


2


2


B< /p>



C


B


+


C



cos




=


cos



A





cos



B


+


cos



C


=


cos



A




积化和差





2


2




2


cos





2


cos




D



I



E


三点共线





cos



A


=


cos



B


+


cos



C





G



O



F


三点共线.





D



I



E


共线




< p>
G



O



F


三点共线,证毕.



07




AB C


中,∠


A


,



B


为锐角,


CD

< br>为高,


O


1


< br>O


2


分别为△


ACD

< p>
和△


BCD


内心.问,△


ABC


满足怎样的充要条件,使得


A



B



O


1



O


2


四点共圆.



解:所求充要条件为∠


C


= 90



或∠


A


=



B




其中∠


C


=



ACB


,



A


=



CAB


,



B


=



CBA






AC


=


b


,


BC


=


a


,


AB


=


c


,外接圆半径为


R





O


1


O


1


H



AB


=


H


,过

O


2



O


2


I



AB


=


I



O


2


E



O


1


H


=


E


,则



1


1




O


1


AB


=




A


, < /p>



O


2


BA


=




B




2


2




A



B



O


1



O


2


四点共圆






BAO


1


=



FO


2


O


1







1




O


2


E



AB


,∴




FO


2


E


=




B




2


1





FO


2


O


1


=



EO


2


F


-∠


O


1


O


2


E

< p>
,∴




FO

< p>
2


O


1


=




B


-∠< /p>


O


1


O


2


E




2

< p>
B



A


B



A


A


B








=



-∠


O


1< /p>


O


2


E






O


1


O


2


E



=






tan




EO


2


O< /p>


1



=


tan






2


2


2


2





O


1


H



=


r


A


,


O


2


i



=


r


B


,∵




ADC



=


90



,由直角三角形内心性质知


r


A



=


DH



=


AD


+


DC



AC





2


同理



r


B


=


BD


+


CD



BC


r


A



r


B


AD



BD


+


BC



AC


O


1


E



,


tan




E O


2


O


1


=



=



=





2


HI


r


A


+ < /p>


r


B


2


CD


+


AB



AC



BC


A


O< /p>


1


F


E


H


D


O


2


I

< p>
B


C


易有



AD


=


b



cos



A


= 2


R



sin



B



cos



A


,


BD


= 2


R



sin



A



cos



B


,


BC


= 2


R



sin



A


,


AC


= 2


R



sin



B


,


AB


= 2


R



sin



C








2


sin



tan




E O


2


O


1



=


sin



B



cos



A



sin



A



cos



B


+


sin



A



sin



B



2


sin



B



sin



A


+


sin




A


+


B




sin



A



sin



B


=





2


sin



B



sin



A


+


sin



C



sin



A



sin



B


B



A


B



A


B


+


A




cos





cos





2


2


2


.


.


sin



B



A








2



2


sin



B



A


2



(


cos



B



A


B


+


A


2




cos



2



)


cos



B



A




=


2


2


sin



A



sin



B


+


sin



C



sin



A



sin



B







下面分情况讨论:



1





A


=



B


时,左右两边皆为


0


,③式成立;



2





A






B


时,


sin



B< /p>



A


2



可约去,得



2


sin



A



sin



B


+


sin



C



sin



A



sin



B


= 2


cos



2



B



A


B


+


2



cos



A


2





利用



2


sin



A



sin



B


=


cos




B



A




cos




A


+


B



=


cos




B



A



+


cos



C


, 2


cos



2



B



A


2



=


cos




B



A



+ 1, 2


cos



B



A


2



cos



B


+


A


2



=


cos



A


+


cos



B




三式代入化简得







cos



A


+


cos



B


+


cos



C


= 1 +


sin



A


+


sin



B



sin



C




而由三角形内熟知恒等式



cos



A


+


cos



B


+


cos



C


= 1 + 4


sin



A


B


C


2



sin



2



sin



2






1



sin



A


+


sin



B



sin



C


= 1 + 2


sin



A


+


B


A



2



cos



B


2




2


sin



A


+


B


2



sin



C


2



= 1 + 2


cos



C


2




cos



A



B


A


+


B


A


B


C


2




cos



2




= 1 + 4


sin



2



sin



2



cos


2





结合两方面知







sin



C


2



=


cos



C


2







C


= 90





综 合


1




2< /p>










C


= 90



或∠


A


=



B





A



B



O


1



O


2


四点共圆






C


= 90



或∠


A


=



B


.得证.



08




AB C


的外心是


O


,三条高线


AH



BK



CL


垂足分别为


H



K



L


< p>
A


0



B


0



C


0

分别是


AH



BK



CL


中点,


I


为内切圆圆心,


内切圆切△


ABC

< br>三边


BC



CA



AB



D

< br>、


E



F





A


0


D



B


0


E



C


0


F



OI


四线共点.< /p>



证:首先以引理的形式给出本图的一些内在特征.


< p>
引理


1



AB

< p>


CD



CD

< p>
中点为


Q



AB


中点为


R



AC



BD


交于


P


,则


P



Q



R


三点共


线



也即


QR



AC



BD


三线共点< /p>





引理


1


的证明:



△< /p>


PCD


与△


P


A B


为以


P


为位似中心的位似关系,


PQ



CD


中点,


PR



AB


中 点.




Q



R


为一对对应点,从而


P



Q



R

< br>三点共线.




引理

< p>
2



A


0


I



BC


交于


D



,则


D

< br>


为△


ABC


在∠


A


内旁切圆与


BC


的切点, 并由此有


O



DD


中垂线上.



.


P


C


Q


< br>D


A


R



B


.


引理


2


的证明:延长


DI


交⊙


I

< p>


J


,延长


AJ



BC



D

< p>





J


作⊙


I


切线交


AB



AC



B




C

< br>


,则


B


C




DI


,


OI



BC





B



C



∥< /p>


BC


,△


AB



C



与△


AB C


构成以


A


为位似中的位似关系.



显然⊙


I


为△< /p>


AB



C



在∠


A


内旁切圆,故


J


为旁切圆切点.




J



D


< br>为对应点知


D



亦为旁切圆切点 .




A


0< /p>



AH


中点,


I



JD


中点,由引理

< br>1



D




IA


0


上.




IA


0



BC


交于旁切圆切点.


< p>
更进一步作


OP



BC< /p>



P





P



BC


中点.



又由 内切圆及旁切圆性质知


BD



=


CD




故< /p>


P


又为


DD


< /p>


中点





O



DD



中垂线上,引理


2


得证.


下面回到原题:延长


OI



AD



X


,我们通 过计算证明


IX


为关于∠


A

< p>
,



B


,

< p>


C


对称


的值,从而证明 原题.



利用


A



X



D


三 点共线,由张角定理知




sin




A ID


sin




A


0


IO


sin



DIO



=



+





IX


ID


IA


0


sin




A


0


IO< /p>


sin




DIO


1



=



+





IX


ID



sin




D



ID


IA


0



sin




D



ID


DH


ID



1


< /p>


·


ID



,而< /p>




=



代入得



DD



DD



sin




D



I D


B


B'


O



A


J


I


X



A


0


C'


D'


P


D


H


C





ID



A


0


H




IA


0


=



sin




A IO


sin




DIO


1



=



+





IX


DH


ID



sin




D



ID




sin




AID


=


sin




D



IX


=


sin





D



ID


+



DIX







sin




A IO


cos




DIX


cos



< br>D



ID



sin




D IX


cos




DIX


sin




DIO



=



+



=



+





ID


ID


ID



sin




D



ID


ID



sin




D



ID


D


< /p>


D


cos



∠< /p>


DIX


cos




DIX


1


1


1



=



+


sin




D IO


·





+





=



+


sin




I X


ID


DH


ID


DD





D



H


DIO


·





DH


·


DD



由< /p>



cos



∠< /p>


DIX


D



H< /p>


A


0


H


1


A


0


H


1

< p>


=



代入有




=



+



sin




DIO



=




cos




DIX



+


ID


IX


ID


ID


DD



DH


·


ID


A


0


H



sin




DIO





DH




OP



ID


,∴



cos




DIX


=


cos




POX


,


sin




DIO


=


sin




POX






括号中乘一个

OI


,括号外除一个


OI





1


1

< p>
A


0


H


1



=




OQ


+



·


IQ




,其中


QO


=


OP



ID


,


IQ


=


PD


=



DD




< /p>


引理


2






IX


DH


2


ID


·


OI


.


.




1


1


1


DD



1



=




OP


+




·


A


0


H








IX


2< /p>


DH


OI


ID


·


OI


1


DD



注意到


OI



ID


=


r


皆为对称的值.故我们仅须证



OP


+




·


A


0


H


为对称的值



记为


2


DH


M


A





记∠


BAC


=


A


,



ABC


=


B


,



ACB


=


C



AC


=


c


,


AC


=


b


,


BC


=


a


,外接圆半径为


R


,则




OP


=


R



cos



A


,


CD


=


=


R



sin



B



sin



C




a


+


b



c


a


+


b



c


a



2


+


b



2



c



2




DH



=


CD



CH



=




b



cos



C



=





=


2


2


2< /p>


a



c



b





c


+


b



a




,


2


a



DD



=


BC




BD



+


CD



=


a




a


+


b



c



=


c



b




1


DD



a






·


A


0


H


=



·


R



sin



B



sin



C




2


DH


b


+


c



a




M


A


=


R



cos



A


+


sin



A



sin



B



sin



C




,其中



sin



B


+


sin



C



sin



A


a


+


b



c


a


+


b



c


1


1



,


BD



=



,


CH


=


b



cos



C


,


A


0


H


=



AH


=



b



sin



C



2


2


2


2


B



C


A


B


+


C


A



sin



B


+


sin



C



sin



A


= 2


cos




cos





2


cos




cos





2


2


2


2


B



C


A


B


+


C


A


B


C


= 2


cos





cos





cos





= 2


cos




sin




sin




,


2


2


2


2


2


2


A


B


C


A


B


C



sin



A



sin



B



sin



C


= 8


sin




sin




sin




cos




cos




cos






2


2


2


2


2


2


代入有



M


A


=


M


B


=


M


C


等价于



A


B


C


B


A


C


C



cos



A


+ 2


sin




cos




cos




=


cos



B


+ 2


sin




cos




cos




=


cos



C


+ 2


sin




cos



2


2


2


2


2


2


2


A


B



cos






2


2


A


B


C


B


A


C


其中



cos



A


+ 2


sin




cos




cos




=


cos



B


+ 2


sin




cos




cos





2


2


2


2


2


2


C


B


A


A


B





cos



A



cos



B


= 2


cos




(


sin




cos





sin




cos




)


2


2


2


2


2





cos



A



cos



B


= 2


sin



B

< br>-


A


A


+


B



sin




,此式显然成立.



2


2


D


G


C


P


E


O




M


A< /p>


=


M


B


.同 理


M


B


=


M


C


,


M


A


=


M


C






M


A


=


M


B


=


M


C





IX


为关 于


A



B


、< /p>


C


对称之值,即


A


0


D



B


0


E



C


0


F


都交于


OI


上同 一点.




A


0


D



B


0< /p>


E



C


0


F



OI


四线共点, 证毕.




.


F


B


A


Q


.


评注:此解法计算复杂,但思路清晰.



09



已知△


ABC


,过点


B


C


的⊙


O



AC



AB


分别交于点


D



E


< br>BD



CE


交于


F


,直线


OF


与△

< p>
ABC


外接圆交于


P


.证 明,△


PBD


的内心就是△


PCE


的内心.



证:



引理


1


:四边形


ABCD


内接于⊙


O


,对角线


AC



BD


交于


E


,直线


BA


、< /p>


CD


交于


F


,直


线


AD



BC


交于


G


,则


D E



FQ






2


引理


1


的证明:首先,


OE




·


OF




=


r



< /p>


r


为半径



.< /p>




F


作⊙


O


切线


FP



PQ


切⊙


O



P



Q







FP


A


∽△


FBP


,∴







AP


F< /p>


A


F


A



=



=





PB


FP


FB


P


A


D< /p>


F


AP


2


F


A


PQ


2


FD





=



.同理








=





PB


FB


QC


FC


C


B C


2


FB


·


F C


由△


F


AD


∽△


FCB









=





AD


FD


·


F


A


上面三 式相乘得



AP


PQ


BC





= 1




PB


Q C


AD


O


B




BD



AC



PQ


三线共点.


又由


E



PQ


上知












2



DE




·


DF




=



OR




+


RE





·


OF




=


OR




·


OF




+


RE



·



OF




=


r
















OE




·


FG




=


OE




·



OG





OF





=


OE




·


OG





OE




·


OF




= 0





引理


2


:四边形


ABCD


内接于⊙


O


,直线


BA



CD


交于


F


,△


F


AD


外接圆和△


FBC


外接


圆交于


P




异于


F



,则


OP



PF




引理


2


的证明:

< br>





APC


=



FPC


-∠


FP

< br>A


= 180



< p>
2



B


= 180



-∠


AOC


.< /p>





A



P



C

< p>


D


四点共圆.






FPO


=



FPC


-∠


OPC


= 180



-∠


B


-∠


OAC


= 180


-∠


B




90



-∠


B



= 90







OP


⊥< /p>


PF


,得证.



引理


3




P


是半径为


r


的⊙


O


上一动点,


AB


是过圆心


O


的一射线上的两定点,


OA


·


OB



=


r



2


,则



P


A



是定值.



PR


P


引理


3


的证明:

< br>




OP



2


=


OB


·


OA


, ∴




OBP


∽△


OP


A






OB


OP


BP



=



=





OP


OA


P


A


PB


2< /p>


OB


P


A


OA< /p>





=



,







2


=





P


A


OA


PB


OB


O< /p>


B


A







下证原题:




CD



DE


交于

Q



QA


交△

ABC


外接圆于一点


P





异于点


A





.


.




QP



·


QA


=


QR


·


QC


=


QE


·


QD






P




E



D



A


四点共圆.



由引理


3




OP




QA




由引理


2



OF



QA






O



F



P



三点共线.∴


< /p>


P



P



重合.




OF


与⊙


O


交于


I


,由引理


4




PB


PI



=





BF< /p>


IF


A


P'


I< /p>


E


F



D


O


C


B


< p>


BI


平分∠


PBF


.同理


PI


平分∠


PDF




Q




I


是△


PBD


的内心.同理

< br>I


也是△


PCE


的内心.



故命题得证.



评 注:此解法稍繁,可思考令


OF


·


FP



=


CF


·


FE


的同一法.



10




A< /p>



B


为圆




上两点,


X


为< /p>





A



B


处切线的交点,在圆



上选取两点


C



D


使


C



D



X


依次位于同一直线上,且


CA



BD


,再设


F


、< /p>


G


分别为


CA



BD



CD



AB


的交点,


H



GX


的中垂线与


BD


的交点.证明:


X



F



G



H


四点共圆.



证:设


O


为圆心,


AB



XD


=


M







XOA


∽△


XAM


,∴



OX


·


XM


=


XA



2


=


XC


·


XD






O



M



C



D


四点共圆.



F


X





XMP


=



OCD


=



ODC


=



OMC







CMG


=



GMD





CM


上选取一点

Z


使


MX



DZ


,则


MD


=


MZ






CG


< /p>


CM



CM


CX



=



=



=





GP


MD


MZ


XD


C


D



G


E


A


H


M


B



O



GX


上取点


X



,使∠


GKD< /p>


=



DFX



,在


X



F


上取


W


使


CF



GW






X



D


X



F


X



E


X



C



=



=



=





CG< /p>


·


X



D


=


X



C


·


GD




DG


FG


FW


CG


XD


X



D



=



,故


X


=


X



.∴




GFD


=



XFD




XC


X



C< /p>


由上面两式得



又∵



DG



CG




=



< 1


和∠


XPB


=



CDF


< 1


.∴



H



B



CX


的同 一侧.



XD


XC


H



为直线

BF


与△


GFX


外接圆的交点,则





H



XG


=


∠< /p>


H



FG


=



H



FX< /p>


=



H


< /p>


GX






H



G


=


H



X


,∴< /p>



H



=


H






X



F



G



H


四点共圆,得证.



评注:此题有相当难度,但可能有不是那么多同一法的解法.



11



凸四边形


ABCD


的一组对边


BA



CD


的延长线交于


M


, 且


AP


不平行于


BC

< br>,过


M



.


.


截线交另一组对边所在直线于


H< /p>



L


,交对角线所在直线于


H




L

< br>


.求证



1


1



+





MH< /p>



ML



1


1



+



=


MH


ML


证:设


AP



BC

延长线相交于


O


,△


BML


和△


CML


均被直线


AO


所截.



由梅氏定理得




BA


HL


OB



=








AM


NH


LO


M< /p>


CP


HL


OL




=








PM


MH


LO


由① ·


LC


+


②·


BL




BA


CP


HL


OB


·


LC


+


OL


·


BL



LC


·



+


BL


·



=








AM


PM


MH


OL


注意到


OB


·


LC


+


OL


·


BL


=


BC


·


LO


,则③式变为



BA


CP


HL



LC


·



+


BL


·



=


BC


·







AM


PM


MH


对由


BD


截△


LCM



AC


截△


LBM

< br>用梅氏定理知



LL



DC


LH



BA



BC


·



=


BL


·



,


BC


·



=


LC


·





MD


AM


L



M


H



M


把它们代入④式整理即得证.



B


L


A


H'


L'


H


P


C


O


12



P


为△


ABC


内任意一点,< /p>


AP



BP


、< /p>


CP


的延长线交对边


BC



CA



AB


于点


D



E

< br>、


F



EF


AD



Q


.试证


PQ






3



2


2



AD




证:令




BD


CE


AF



=


m


,



=


n


,



=


p


,对△


ABC


及点


P


用塞瓦定理有

< p>


DC


EA


FB


BD


CE


AF





=


mnl


= 1




DC


E A


FB


CE


AP


DB





= 1




E A


PD


BC


F


A


对△


ADC


及截线

< br>BPE


用梅氏定理得



注意到





DB


m


AP


m



=



,故



n


·




= 1




BC


m


+ 1


PD


m


+ 1

Q


E


AP


m


+ 1


AP


m


+ 1



=



,从而




=





PD< /p>


mn


AD


mn


+


m


+ 1


B

D


C


BD


CA

EP


又对直线


APD


截△


BCE







= 1




DC


A E


PB




CA


BP


BE



=


n


+ 1,



=


mn


+


m


,∴




=


mn


+


m


+ 1




AE


EP


EP


AF


BE


PQ





= 1




FB


E P


AQ


又对△


ABP

< br>及


FQE




从而



PQ


1


1


PQ


1



=



=



=



=





AQ


mp


+


p


+ 1


AP


mp


+


p


+ 2


p



mn


+


m


+ 1



.


.




PQ


PQ


AP


m


+ 1


1



=




=



=



AD


AP


A D



mp


+


p


+ 2





mn


+


m


+ 1



p



m


+ 1



+ 2


1


1



= 3



2


2




3 + 2


2


1




mn



+ 1


m


+ 1



=



2


mn


3 +


m



+


p



m


+ 1



+ 1






PQ




< /p>



3



2


2



AP






2


mn


2



=


p



m


+ 1



,亦即




=


p



m


+ 1



,当


p



m


+ 1



=


2


时取等号,得证.



m


+ 1


p



m


+ 1



13




P


为锐角△


ABC

内部一点,且满足条件


P


A


·


PB


·


AB


+


PB


·


PC


·


BC


+


PC


·


P


A


·


C A



=


AB


·


AC


·


BC


,试确定


P


点的几何位置,并证明你的结论.

< br>


证:


我们改证更强的命题:



D


为锐角△


ABC

内一点,


求证


DA


·


DB


·


AB


+


DB


·


DC


·


BC



+


DC


·


DA


·


CA





AB


·


BC


·


CA


,并且等号当且仅当


D


为△

ABC


垂心时才成立.



证明如下:作


ED





BC


,


F


A





ED


,则


BCDE



ADEF

< br>均为平行四边形.




BF



AE


,显然


BC AF


也是平行四边形.



于是


AF


=


ED


=


BC


,


EF


=


AD


,


EB


=


CD


,


BF


=


AC




对四边形


ABEF



AEBD


应用托勒密不等式得




AB


·


EF


+


AF


·


BE





AE


·


BF


,


BD


·


AE


+


AD


·


BE





AB


·< /p>


AC






AB


·


AD


+


BC


·


CD





AE


·


AC


,


BD


·


AE


+


AD


·


CD





AB


·


BC







对①式中前一式,两边同乘


DB


后,再加上


DC


·


DA


·


AC


,然后注意①式中后一式有




DB


·


P< /p>


A


·


AB


+


DB


·


DC


·


BC


+


DC


·


P


A


·


A C





DB


·


AE


·


AC






DB




AB


·


AD


+


BC


·


CD



+


DC


·


DA


·


CA


+


DC

< br>·


DA


·


AC

< br>




AC




DB


·


AE


+


DC


·


AD






AC


·< /p>


AB


·


BC


.< /p>





DA


·


DB


·


AB


+


DB


·


DC


·


BC


+


DC


·


OA


·


CA





A B


·


AC


·


B C




其中等号成立当且仅当①式中等 号同时成立,



A


< br>B



E



F



A



E



B



D


四点共圆,


亦即


A



F



E


、< /p>


B



D


五点共圆 时.





A FED


为平行四边形,故它等价于


AFED

为矩形




AD

< br>⊥


BC






AD



BC



CD



AB


,故加强命题成立,从而原命题得证.



14



< br>ABCD


对角线相交于点


O


,圆




O


为圆心 ,与线段


AD



CD

< br>分别交于


E



F



AB



延长线与

< p>


交于


H



CB


的延长线与



交于


G




K



EG



FH


的交点.


S



AG



CH


的交点.求证


D



K



S


三点共线.



E


B


D


C


F


A


.

英语必修三单词-


英语必修三单词-


英语必修三单词-


英语必修三单词-


英语必修三单词-


英语必修三单词-


英语必修三单词-


英语必修三单词-