十大高中平面几何几何定理汇总及证明

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2021年02月16日 17:54
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2021年2月16日发(作者:用处的近义词)


高中平面几何定理汇总及证明



1.



共边比例定理



有公共边


AB


的两个三角形的顶点分别是


P

< br>、


Q


,


AB

与


PQ


的连线交于点


M

< p>
,


则有以下比例式成立:


△


PAB


的面积:


△


QAB


的面积=


PM


:


QM .





证明:分如下四种情况,分别作三角形高,由相似三角形可证



S


△


PAB=(S

△


PAM-S


△


PMB)


=(S


△


PAM/S


△


PMB-1)×S


△


PMB


=(AM/BM-1)×S


△


PMB(


等高底共线,面积比


=


底长比)



同理,


S


△


QAB=(AM/BM-1)×S


△


QMB


所以,


S


△


PAB/ S


△


QAB=S


△

PMB/S


△


QMB=PM/QM(


等高底共线,面积比


=


底长比)



定理得证!



特殊情况:当

< p>
PB


∥


AQ


时,易知


△


PAB


与


△


QAB


的高相等,从而


S

< br>△


PAB=S


△


QAB


,


反之,


S


△


PAB=S


△


QAB


, 则


PB


∥


AQ


。










































2.



正弦定理



在任意一个平面三角形中,


各边和它所对角的正弦值的比相等且等于外接圆半径的


2


倍


”


,即


a/sin A = b/sinB =c/sinC = 2r=R


(


r< /p>


为外接圆半径,


R


为直径)



证明:



现将

< p>
△


ABC


,做其外接圆,设圆心为


O


。我们考虑∠


C


及其对边< /p>


AB


。设


AB


长 度为


c


。



若 ∠


C


为直角,则


AB

< br>就是⊙


O


的直径,即


c= 2r


。



∵




(特殊角正弦函数值)



∴




若∠< /p>


C


为锐角或钝角,过


B

< br>作直径


BC`


交



⊙


O


于


C`


,连接


C'A


,


显然


BC'= 2r=R


。



若∠


C


为锐角,则


C'


与


C


落于


AB


的同侧,



此时∠


C'=< /p>


∠


C


(同弧所对的圆周角相等)



∴在


Rt


△


ABC'


中有



若∠< /p>


C


为钝角,则


C'


与


C


落于


AB


的异侧,


BC


的对边为


a

< p>
,此时∠


C'=


∠


A


,亦可推


出




。



考虑同一个三角形内的三个角及三条边,同理,分别列式可得





。



3.



分角定理



在


△


ABC


中,


D


是边


BC


上异于


B,C


或其延长线上的一点,


连结


AD

,


则有


BD/CD=(sin


∠< /p>


BAD/sin


∠


CAD)*(AB/A C)


。



证明:



S


△


ABD/S


△


ACD=BD/CD


…………


(1.1)


S


△


ABD/S


△


ACD=[( 1/2)×AB×AD×sin


∠


BAD]/[(1/2) ×AC×AD×sin


∠


CAD]



= (sin


∠


BAD/sin


∠


CAD) ×(AB/AC)


…………


(1.2)


由


1.1


式和


1.2


式得



BD/CD=(sin


∠


BAD/sin


∠


CAD) ×(AB/AC)











































4.



张角定理



在


△


ABC


中,


D


是


BC


上的一点,连结


AD


。那么



∠






∠






∠




。



证明:



设∠


1=


∠


BAD


,∠

2=


∠


CAD


由分角定理,



S

△


ABD/S


△


ABC=BD/B C=(AD/AC)*(sin


∠


1/sin

< br>∠


BAC)


→ (BD/BC)*(sin

< p>
∠


BAC/AD)=sin


∠

1/AC (1.1)


S


△


AC D/S


△


ABC=CD/BC=(AD/AB)*(sin


∠


2/sin


∠


B AC)


→ (CD/BC)*(sin


∠

BAC/AD)=sin


∠


2/AB (1.2)


(1.1)


式


+(1.2)

< br>式即得



sin


∠


1/AC+sin


∠


2/AB=sin


∠


BAC/AD



























5.



帕普斯定理



直线

l1


上依次有点


A,B,C


,


直线


l2


上依次有点


D,E,F


,


设


AE,BD


交于


G


,


AF,DC< /p>


交于


I


,


BF, EC


交于


H


,则


G,I,H


共线。




















6.



蝴蝶定理



设


S


为圆内弦


AB


的中点,过

< p>
S


作弦


CF


和

< p>
DE


。设


CF


和


DE


各相交


AB


于点< /p>


M


和


N


,


则


S


是


MN


的中点。



证明:


< /p>


过


O


作


OL


⊥


ED


,


OT


⊥


CF


,垂足为


L


、


T


,



连接


ON


,


OM< /p>


,


OS


,


SL< /p>


,


ST


,易明


△


ESD


∽△


CSF


∴


ES/CS=ED/FC


根据垂径 定理得:


LD=ED/2


,


FT=FC /2


∴


ES/CS=EL/CT


又 ∵∠


E=


∠


C


∴△


ESL


∽△


CST

< p>
∴∠


SLN=


∠


STM


∵


S


是


AB< /p>


的中点所以


OS


⊥


AB


∴∠


OSN=


∠


OLN=90°



∴


O


,


S


,


N


,


L


四点共圆,(一中同长)

< br>


同理,


O


,

< br>T


,


M


,


S


四点共圆



∴∠

< br>STM=


∠


SOM


,∠


SLN=


∠


SON


∴ ∠


SON=


∠


SOM


∵


OS


⊥


AB


∴


MS=NS


































































7.



西姆松定理



过三角形外接圆上异于三 角形顶点的任意一点作三边或其延长线上的垂线,则三垂


足共线。(此线常称为西姆松线 )。



证明:



若


L


、


M


、


N


三点共线,连结


BP


,


CP


,则因


PL

< p>
⊥


BC


,


PM

< p>
⊥


AC


,


PN

< p>
⊥


AB


,有


B

< p>
、


L


、


P


、


N


和


P

、


M


、


C


、


L


分别四点共圆,有



∠


NBP =


∠


NLP =


∠


MLP=


∠


MCP.


故


A


、


B


、


P


、


C


四点共圆。



若


A


、


P


、


B


、


C


四点共圆,则



∠


NBP=


∠


MCP


。



因


PL


⊥


BC


,


PM


⊥


AC


,


PN


⊥


AB


,



有


B


、


L


、


P


、


N


和


P


、


M


、


C

< br>、


L


四点共圆,有



∠


NBP =


∠


NLP=


∠


MCP=


∠


MLP.


故


L


、


M


、


N


三点共线。




西姆松逆定理:若一点在三角形三边所在直线上的射影共线,则该点在此三角形的


外接 圆上。



证明:


PM

< br>⊥


AC


,


PN

< br>⊥


AB ,


所以


A,M,N,P


共圆




8.



清宫定理



设


P


、


Q


为△ABC

的外接圆上异于


A


、


B

< p>
、


C


的两点,


P


关于三边


BC


、


CA< /p>


、


AB


的对称点


分别是


U


、


V


、


W


,且


QU


、


QV


、


QW


分别交三边


BC


、


CA


、


AB


或其延长线于


D


、


E


、


F

< p>
,则


D


、


E


、


F


在同一直线上


.


证明:



A


、


B


、


P


、


C


四点共圆,因此



∠


PCE=


∠


ABP


点


P


和


V

< br>关于


CA


对称



所以∠


PCV=2


∠


PCE


又因为


P


和


W


关于


AB


对称,所以

< br>


∠


PBW=2


∠


ABP


从这三个式子,有



∠


PCV=


∠


PBW


另一方面,


因为∠


PCQ


和 ∠


PBQ


都是弦


PQ

< br>所对的


圆周角,所以



∠


PCQ=


∠


PBQ


两式相加,有



∠

PCV+


∠


PCQ=


∠

< p>
PBW+


∠


PBQ


即∠


QCV=


∠


QBW

< br>即△QCV


和△QBW


有一个顶角相等,因此

< p>



,



同理




于是




根据 梅涅劳斯定理的逆定理,


D


、


E


、


F


三点在同一直线上。




,



但是


,所以



9.



密克定理



三圆定理:设三个圆


C1,


C2,


C3


交于一点


O


,而


M,


N,


P


分别是


C1


和


C2,


C2


和


C3,


C3


和


C1


的另一交点。设


A


为


C1


的点,直线< /p>


MA


交


C2


于< /p>


B


,直线


PA


交


C3


于


C


。那 么


B, N, C


这三点共线。



逆定理:如果是三角形,


M,


N,


P


三点分别在边


AB,


BC,


CA


上,那么△AMP、△BMN、△CPN 的外接圆交于一点


O


。



完全四线形定理



如果


ABCDEF


是完全四线形,


那么三角形的外接圆交于 一点



O


,称为密克点。



四圆定理



设


C1, C2,C3, C4


为四个 圆,


A1


和


B1


是


C1


和


C2


的交点,



A2


和

< br>B2


是


C2


和


C3


的交点,


A3


和


B3


是


C3


和


C4


的交点,



A4< /p>


和


B4


是


C1< /p>


和


C4


的交点。那么

A1,


A2,


A3,


A4


四点共圆当且仅当


B1,


B2,


B3,


B4


四点共圆。


证明:


在△ABC


的


BC,AC, AB


边上分别取点


W,M,N


,


对


AMN,△BWN


和△CWM


分别作其外


接圆,则这三个外接圆共点。



该定理的证明很简单,利用“圆内接四边形对角和为


180


度”及其逆定理。



现在已知


U


是


和


的公共点。连接


UM


和


UN


,



∵四边形


BNUW


和四边 形


CMUW


分别是


和

< br>的内接四边形,



∴∠


UWB+


∠


UNB=


∠


UNB+


∠


UNA=180


度



∴∠


UWB=


∠


UNA


。



同理∠


UWB+


∠


UWC=

< br>∠


UWC+


∠


UMC=180< /p>


度



∴∠


UWB =


∠


UMC


。



∵∠


UMC+


∠


UMA=180


度



∴∠

< p>
UNA+


∠


UMA=180


度,



这正说明四边形


ANUM


是一个圆内接四边形,而该圆必是


,


U


必在


上。




10.



婆罗摩笈多定理



圆内接四边形


ABCD


的对角线


AC


⊥


BD


,垂足为


M

< br>。


EF


⊥


BC

< br>,且


M


在


EF

< br>上。那么


F


是


A


D


的中点。



证明:



∵AC⊥BD,ME⊥BC



∴∠


CBD=


∠


CME


∵∠


CBD=


∠


CAD


,∠


CME=


∠


AMF < /p>


∴∠


CAD=


∠


AMF


∴


AF=MF


∵∠AMD= 90°,同时∠


MAD+


∠MDA=90°


∴∠


FMD=


∠


FDM


∴


MF=DF


,即< /p>


F


是


AD


中点< /p>



逆定理:



若 圆内接四边形的对角线相互垂直,则一边中点与对角线交点的连线垂直于对边。



证明:



∵MA⊥MD,


F


是


AD


中点



∴


AF=MF


∴∠


CAD=


∠


AMF


∵∠


CAD=


∠


CBD


,∠


AMF=


∠


CME < /p>


∴∠


CBD=


∠


CME


∵∠


CME+


∠


BME=


∠BMC=90°



∴∠


CBD+


∠BME=90°



∴


EF


⊥


BC



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