高中数学竞赛平面几何讲座(非常详细)

别妄想泡我
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2021年02月16日 18:16
最佳经验
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数学想象画-

2021年2月16日发(作者:猫头鹰老师)



第一讲



注意添加平行线证题




在同一平面内


,


不相交的两条直线叫平行线< /p>


.


平行线是初中平面几何最基本的


,


也是非


常重要的图形


.

在证明某些平面几何问题时


,


若能依据证题的需要


,


添加恰当的平行线


,


则能


使证明顺畅、简洁


.


< /p>


添加平行线证题


,


一般有如下四种情况< /p>


.


1


、为了改变角的位置




大家知道


,

< br>两条平行直线被第三条直线所截


,


同位角相等

< p>
,


内错角相等


,


同旁内角 互补


.


利用这些性质


,


常可通过添加平行线


,


将某些角的位置改变

< p>
,


以满足求解的需要


.


例


1



、设< /p>


P


、


Q


为线段< /p>


BC


上两点


,


且


BP


=


CQ,A


为


BC


外一动点


(

< br>如图


1).


当点


A


运动到


A


D


使



∠


BAP


=∠

< p>
CAQ


时,△


ABC


是什 么三角形?试证明你的结论


.


答:



当点


A


运动到使∠

BAP


=∠


CAQ


时,△


ABC


为等腰三角形


.


在△


DBP


=∠


AQC


中


,


显然∠


DBP


=∠


AQC


,∠


DPB


=∠


C


.


由


BP


=


CQ


,


可知△


DBP


≌△

AQC


.


有


DP

< br>=


AC


,∠


BDP


=∠


QAC


.


于是


,


DA


∥


BP


,∠


BAP


=∠


BD P


.


则


A


、< /p>


D


、


B


、


P


四点共圆


,


且四边 形


ADBP


为等腰梯形


.


故


AB


=


DP


.


所以


AB


=


AC


.



这里


,


通过作平行线


,


将∠


QAC


“平推”到∠


BDP


的位置


.


由于


A


、


D


、


B


、


P


四点共圆


,


使证明很顺畅


.


例


2


、如图


2,


四边形

< br>ABCD


为平行四边形


,


∠


BAF


=∠


BCE


.


求证:∠


EBA


=∠


ADE


.


证明:


如图


2,


分别过点


A


、


B


作


ED


、< /p>


EC


的平行线


,


得交点


P


,


连


PE


.



B


P


图1


Q


C


证明 :如图


1,


分别过点


P


、


B


作


AC

< br>、


AQ


的平行线得交点


D


.


连结


DA


.


∥


CD


,


易知△< /p>


PBA


≌△


ECD


.


有


PA


=


ED


,


PB


=


EC


.



由


AB



=



显然


,


四边形


PBCE


、


PADE


均为平行四边形


.


有




∠


BCE


=∠


BPE


,∠


APE


=∠


ADE


.


由∠


BAF


=∠


BCE


,


可知



P< /p>


E


A


B


G


F


D


C


图2


∠


BAF


=∠


BPE< /p>


.


有


P


、


B


、


A


、

< p>
E


四点共圆


.


于是,∠< /p>


EBA


=∠


APE


.


所以,∠


EBA


=∠


ADE


.



这里< /p>


,


通过添加平行线


,

使已知与未知中的四个角通过


P


、


B


、


A


、


E< /p>


四点共圆


,


紧密联


系起来.∠


APE


成为∠


EBA


与∠


ADE


相等的媒介

,


证法很巧妙


.


2


、欲“送”线段到当处




利用“平行线间距离相等”、“夹在平行线间的平行线 段相等”这两条


,


常可通过添


加平行线


,


将某些线段“送”到恰当位置


,


以证题


.


例


3< /p>


、在△


ABC


中


,


BD


、


CE


为角平分线


,


P


为

ED


上任意一点


.


过


P


分别作


AC


、

< p>
AB


、


BC


的垂线


,


M


、


N

< p>
、


Q


为垂足


.

< p>
求证:


PM


+


PN


=


PQ


.


证明:< /p>


如图


3,


过点


P


作


AB


的平行线交

BD


于


F


,


过点


F


作


BC


的



平行线分别交


PQ


、


AC


于


K


、


G


,


连

PG


.




由


BD


平行∠


ABC


,


可知点


F


到


AB


、


BC



B


E


F


A


N


P


K


Q

< br>图3


M


D


G

C


1




两边距离相等


.


有


KQ


=


PN


.


显然

< p>
,


EP


EF


CG


=


=


,


可知

< p>
PG


∥


EC


.


PD


FD


GD



由


CE


平分∠


BCA


,


知


GP


平分∠


FGA


.


有

< br>PK


=


PM


.

< br>于是


,


PM


+

< br>PN


=


PK


+

< br>KQ


=


PQ


.



这里


,


通过添加平行线


,


将


PQ

< p>
“掐开”成两段


,


证得


P M


=


PK


,


就 有


PM


+


PN


=


PQ


.


证


法 非常简捷


.


3


、为了线段比的转化




由于“平行于三角形一边的直线截其它两边


,


所得对应线段成比例”,在一些问题中


,


可以通过添加平行线< /p>


,


实现某些线段比的良性转化


.


这在平面几何证题中是会经常遇到的


.


例


4



设< /p>


M


1


、


M


2


是△


ABC


的


BC


边上的点


,


且


BM


1


=


CM


2


.


任作一直线分别交


AB


、


AC


、


AM


1


、


AM


2


于


P


、

Q


、


N


1


、


N


2


.


试证 :


AM


2


AC


AM


1


AB


+


=


+


.


AP


AQ


AN


1


AN


2


P


N


1


A


证明:


如图


4,


若


PQ


∥


BC


,


易证结论成立


.


若


PQ


与


BC


不平行


,


设


PQ


交直线


BC


于


D


.


过点


A


作


PQ


的平行线交直线


BC


于


E


.


由


BM


1


=


CM


2


,


可知


BE


+


CE


=


M


1


E


+


M


2


E


,


易知



则


B


Q


N


2


M


1


M


2


C


D


图4


E


M


E


AM


2

< br>M


E


AB


BE

< br>AC


CE


AM


1


=


,


=


,

=


1


,


=


2


.


AP


DE


AQ


DE


AN


1

DE


AN


2


DE

< br>AM


1


AM


2

< br>M


E



M


2


E


AC


BE



CE


AB


+


=


=


1


=


+


.


AP


DE


DE


AQ


AN


1


AN


2


AM


2


AC


AM


1


AB

+


=


+


.


AP


AQ


AN


1

AN


2


所以


,


这里


,


仅仅添加了一条平 行线


,


将求证式中的四个线段比“通分”,使公分母为


DE


,


于


是问题迎刃而 解


.


例


5


、



AD


是△


ABC


的 高线


,


K


为


A D


上一点


,


BK


交


AC


于


E


,


CK


交


AB


于


F


.


求证:


∠


FDA


=∠


EDA

< br>.


证明:


如图


5,

< p>
过点


A


作


BC

< p>
的平行线


,


分别交直线


D E


、


DF


、



BE


、


CF


于


Q


、


P


、


N


、


M


.


M


P


F


A


K


Q


E


N


BD


KD


DC


显然


,


=


=


.


有


BD


·


AM


=


DC


·


AN


. (1)

AN


KA


AM


B

< br>C


BD


·


AM

< br>AP


AF


AM


D


由


=


=


,

有


AP


=


. (2)


图5


BD


FB


BC


BC


AQ


AE

< p>
AN


DC


·


AN


由


=


=


,


有


AQ


=


. (3)


EC


BC


BC


DC


对比


(1)


、

< p>
(2)


、


(3)


有


AP


=


AQ


.


显然


AD


为


PQ< /p>


的中垂线


,


故


A D


平分∠


PDQ


.

所以,∠


FDA


=∠


EDA


.


这里


,


原题并未 涉及线段比


,


添加


BC


的平行线


,


就有大量的比例式产生

,


恰当地运用这些比


例式


,


就使


AP


与


AQ


的相等关系显现出来


.


4


、为了线段相等的传递



2





当题目给出或求证某点为线段中点时


,


应注意到平行线等分线段定理


,


用平行线将线段


相等的关系传递开去


.


例


6



在△


ABC


中


,


A D


是


BC


边上的中线

< br>,


点


M


在


AB


边上


,


点


N


在


AC


边上


,


并且


1


(


AB


2


+


AC


2


).


4


M


证明:


如图


6,


过点

< br>B


作


AC


的平行线交

< p>
ND


延长线于


E


.


连


ME


.



∠


MDN


=90°.如果


BM


2


+


CN


2


=


DM


2


+


DN


2


,


求 证:


AD


2


=



由


BD


=


DC


,


可知


ED


=


DN


.


有△


B ED


≌△


CND


.

< br>于是


,


BE


=

< br>NC


.


B


< p>
显然


,


MD


为

< p>
EN


的中垂线


.


有



EM


=


MN


.


2


2


2


2


2


2


2


2


A


N


C


D


E


图6



由


BM


+


BE


=


BM


+


NC


=


MD


+


DN


=


MN


=


EM


,


可知△


BEM


为直角三角


形,∠


MBE


=90°.有∠


ABC


+∠


ACB



=∠


ABC


+∠


EBC


=90°.于是,∠


BAC


=90°.



1



1



所以


,


AD


2


=


< br>BC



=


(

AB


2


+


AC

2


).


4


2




这里


,


添加


AC


的平行线


,


将


BC


的以


D


为中点的性质传递给


EN

,


使解题找到出路


.


例


7


、如图


7,


AB


为半圆直径


,


D


为


AB


上一点


,


分别在半圆上取点


E


、


F


,


使


EA


=


DA


,


FB


=


DB


.


过


D

< br>作


AB


的垂线


,


交半圆于


C


.


求证:


CD


平分


EF


. < /p>


证明:


如图


7,


分别过点


E


、


F


作


AB


的垂线


,

G


、


H


为垂足

,


连


FA


、


EB


.


易知


DB

< br>2


=


FB


2

=


AB


·


HB

,


AD


2


=


AE


2


=


AG


·


AB


.


于是

,


DB


-


AD

=


HB


-


AG

,


或



DB

-


HB


=


AD

-


AG


.



就是


DH


=


GD

< p>
.


显然


,


EG

< p>
∥


CD


∥


FH

< p>
.


故


CD


平分

< p>
EF


.



这里< /p>


,


为证明


CD


平 分


EF


,


想到可先证

< br>CD


平分


GH


.


为此添加


CD


的两条平行线


E G


、


FH


,


从 而得到


G


、


H


两点


.


证明很精彩


.



经过一点的若干直线称为一组直线束

< br>.


一组直线束在一条直线上截得的线段相等


,

< p>
在该


直线的平行直线上截得的线段也相等


.



如图


8,

三直线


AB


、


AN


、


AC


构成一组直线束


,


DE


是与


BC


平< /p>


行的直线


.


于是


,


有



A


C


E


F


2



二式相减


,


得


DB


2


-


AD


2


=


AB


·


(


HB


-


AG


) ,


或


(


DB


-


AD


)·


AB

=


AB


·


(


HB


-


AG


).

< br>图7


G


D


O

H


B


ME


ME

DM


AM


DM


BN


DM


=


=


,

< br>即



=


或


=


. < /p>


BN


AN


BN


M E


NC


NC


NC



此式表明


,


DM

< p>
=


ME


的充要条件是



BN


=


NC


.




利用平行线的这一性 质


,


解决某些线段相等的问题会很漂亮


.


例


8



如图


9,


ABCD


为四边形

< p>
,


两组对边延长后得交点


E


、


F


,


对角线


BD


∥


EF


,


AC


的延长线交


EF


于


G


.


求证:


EG

< p>
=


GF


.


A

< p>
D


M


B


N


图8


C


E


A

< br>证明:


如图


9,


过


C


作


EF


的平行线分别交< /p>


AE


、


AF


于< /p>


M


、


N


.


由


BD


∥


EF


,


可知


MN


∥


BD


.


易知



S


△


BEF


=


S


△


DEF


.


有


S


△


BEC


=


S


△Ⅱ


KG


-


*5


Ⅱ


DFC


.



可得


MC

=


CN


.


所以


,


EG


=


GF


.


E


M


B

< br>C


D


N


例


9



如图


10,⊙


O


是△


ABC


的边

< p>
BC


外的旁切圆


,


D


、


E


、


F


分别为⊙


O


与


3



F


G


BC< /p>


图9


、


CA


、< /p>


AB




的切点


.


若


OD


与< /p>


EF


相交于


K


,


求证:


AK


平分


BC


.


证明:


如图


10,


过点


K


作


BC


的行平线分别交直线


AB


、


AC


于


Q


、


P



两点


,


连


OP


、


OQ


、


OE


、


OF


.



由


OD


⊥


BC


,


可知


OK


⊥


PQ

.



由


OF

< p>
⊥


AB


,


可知

< p>
O


、


K


、


F


、


Q


四点共圆


,


有∠


FOQ


=∠


FKQ


.



由


OE


⊥


AC


,


可知


O


、


K< /p>


、


P


、


E


四点共圆


.


有∠


EO P


=∠


EKP


.

O


Q


F


B


K


A


C


P


E< /p>


图10



显然,∠


FKQ


=∠


EKP


,


可知∠


FOQ


=∠


EO P


.


由


OF


=


OE,


可知


Rt


△


OFQ


≌


Rt

△


OEP


.


< p>
则


OQ


=


OP

< p>
.


于是


,


OK

< p>
为


PQ


的中垂线


,


故



QK


=


KP


.


所以


,


AK


平分


BC


.



综上


,


我们介绍了平行线在平面几何问题中的应用


.


同学们在实践中 应注意适时添加平


行线


,


让平行线在平 面几何证题中发挥应有的作用


.


练


习


题



1.


四边形


ABCD


中


,


AB


=

< br>CD


,


M


、

N


分别为


AD


、

< br>BC


的中点


,


延长


BA


交直线


NM


于


E


,


延长


CD


交直线


NM


于


F


.


求证:∠


BEN


= ∠


CFN


.



(


提示:设


P


为


AC


的中点


,


易证

< br>PM


=


PN


.)


2.


设


P


为 △


ABC


边


BC


上一点


,


且


PC

=


2


PB


.


已知∠


ABC


=45°,∠


APC< /p>


=60°.求∠


ACB


.


(


提示:过点


C


作


PA


的平行线交


BA


延 长线于点


D


.


易证△

< br>ACD


∽△


PBA


.

< p>
答:75°)



3.


六 边形


ABCDEF


的各角相等


,


FA


=


AB


=


BC


,∠


EBD


=6 0°,


S


△


EBD

=


60cm


.


求六边形

< p>
ABCDEF


的面积


.


(


提示:设


EF


、

DC


分别交直线


AB


于

< p>
P


、


Q


,


过点


E


作


DC


的平行线交


AB


于点


M


.


所求面


积与


EMQ D


面积相等


.


答:

120cm


2


)


4.


AD


为


Rt


△


ABC


的斜边


BC


上的 高


,


P


是


AD


的中点


,


连


B P


并延长交


AC


于

E


.


已知


AC

:


AB


=


k


.


求


AE


:


EC


.


(


提示:过点


A


作


BC


的平行线交


BE


延长线于点


F


.< /p>


设


BC


=


1,< /p>


有


AD


=


k


,


DC


=


k


2


.


答:


2


1


)


2


1

< p>


k


5.


AB


为半圆直径


,


C


为半圆 上一点


,


CD


⊥


AB


于


D


,


E


为


DB


上一点


,


过


D


作


C E


的垂线交


CB


于

F


.


求证:


垂心

< br>.)


6.


在△


ABC


中,∠


A


:∠


B


:∠


C


=4:2:1,∠

< br>A


、∠


B


、∠

< br>C


的对边分别为


a


、

< p>
b


、


c


.


求证:


+


AD


CF

< p>
=


.(


提示:过点


F


作


AB


的平行线交


CE


于点


H


.


H


为△


CDF


的


DE


FB


1


a


1


1


=


.(


提示:在


BC


上取一点


D


,


使


AD


=


AB


.


分别过点


B

< p>
、


C


作


AD


的平行线交直线


b


c


CA< /p>


、


BA


于点


E< /p>


、


F


.)


7


. △


ABC


的内切圆分别切


BC


、


CA


、


AB


于点


D


、


E


、


F


,


过点


F


作


BC


的平行线分别交直


线


DA


、


DE


于点


H


、


G


.


求证:


FH


=


HG


.


4




(< /p>


提示:过点


A


作


BC


的平行线分别交直线


DE


、


DF


于点


M


、


N


.)


8.


AD


为⊙


O


的直径


,


PD


为⊙


O


的切线


,


PCB


为⊙

< br>O


的割线


,


PO


分别交


AB


、


AC

< p>
于点


M


、


N


.


求证:


OM


=

< p>
ON


.


(


提示:过点< /p>


C


作


PM


的平行 线分别交


AB


、


AD

< br>于点


E


、


F

.


过


O


作


BP


的垂线


,


G


为垂


足


.


AB


∥


GF


.)




第二讲



巧添辅助



妙解竞赛题




在某些数学竞赛问题中


,


巧妙添置辅助圆常可以沟通直 线形和圆的内在联系


,


通过圆的


有关性 质找到解题途径


.


下面举例说明添置辅助圆解初中数学竞赛题的 若干思路


.


1


、挖掘隐含的辅助圆解题




有些问题的题设或图形本身隐含着“点共圆”


,


此时若能把握问题提供的信息


,


恰当补


出辅助圆


,


并合理挖 掘图形隐含的性质


,


就会使题设和结论的逻辑关系明朗化


.


1.1


作出三角形的外接圆



A


例


1


< /p>


如图


1,


在△


A BC


中


,


AB


=


AC


,


D


是 底边


BC


上一点


,

E


是线段


AD


上一点且∠


BED


=


2


∠


CED


=∠


A


.


求证:


BD


=


2


CD


.



分析:关 键是寻求∠


BED


=


2


∠


CED


与结论的联系


.


容易想到作∠


BED


的

平分线


,


但因


BE


≠


ED


,


故不能直接证出


BD


=


2


CD


.


若延长


AD


交△


ABC


的外接圆于


F

< br>,


则可得


EB


=


EF


,


从而获取


.


=∠


ABC


=∠


AFC ,


即∠


BFD


=∠

CFD


.


故


BF

< br>:


CF


=


BD

< br>:


DC


.


< p>
又∠


BEF


=∠


BAC< /p>


,


∠


BFE


=∠


BCA


,


从而∠


FBE


=∠


ABC


=∠


ACB


=∠


BFE


.




故


EB< /p>


=


EF


.


作∠


BEF


的平分线交


BF


于


G


,


则

BG


=


GF


.



因∠


GEF

< br>=


B


E


G


D


F


C


图1


证明:


如图


1,


延长

< br>AD


与△


ABC


的外接圆相交于 点


F


,


连结


C F


与


BF


,


则 ∠


BFA


=∠


BCA

< br>1


∠


BEF


=∠


CEF


,


∠


GFE

< p>
=∠


CFE


,


故△


FEG


≌△


FEC


.


从而


GF


=


F C


.


2


C


O


D


B



于是


,


BF


=


2


CF


.


故


B D


=


2


CD


.


1.2


利用四点共圆



例


2


凸四边形

ABCD


中


,


∠

< br>ABC


=


60


°


,


∠


BAD


=∠


BCD


=


90


°

< p>
,


AB


=


2,


CD


=


1,


对角线< /p>


AC


、


BD


交于 点


O


,


如图


2 .


则


sin


∠


AOB


=


____.


分析:由∠


BAD


=∠


BCD


=


90


°可知


A


、


B


、


C


、


D



四点共圆


,


欲求


sin


∠


AOB


,


联想到托勒密定理


,


只须求出


BC


、


AD


即可


.


解:


因∠


BAD


=∠


BCD


=


90


°


,

< br>故


A


、


B


、


C


、


D


四 点共圆


.


延长


BA

、


CD


交于


P

,


则∠


ADP


图2


=∠


ABC


=


60

< p>
°


.



设


AD


=


x


,


有


AP


=


3

< p>
x


,


DP


=


2


x


.


由割线定理得


(2


+


3


x


)


3


x


=


2


x


(1


+


2


x


).


解得


P


A


1


BP

< br>=


4


-


3


.


2



由托勒密定理有



BD


·


CA


=


(4


-


3


)(2


3


-


2)


+


2

< br>×


1


=


10

3


-


12.


AD


=


x


=


2

3


-


2,


BC

=


5





又


S


ABCD


=


S


△


ABD


+


S


△


BCD


=


3


3


15



6


3


.


故


sin


∠


AOB


=


.


2

26


A


例


3



已知:如图


3,


AB

< p>
=


BC


=


CA

< p>
=


AD


,


AH

< p>
⊥


CD


于


H


,


CP


⊥


BC


,


CP


交


AH


于


P


.


求证:


3


△


ABC


的面积


S


=


AP


·

< p>
BD


.



4

< p>
3


2


3


分析:因


S


△


ABC


=


BC


=


AC


·


BC


,


只须证


AC


·


BC


=


AP


·


BD


,


4


4


转化为证△


APC


∽△


BCD


.


这由

< br>A


、


B


、


C


、


Q


四点共圆易证


(


Q


为


BD

< br>与


AH


交点


).


B


P


Q


D

< br>C


图3


H


证明:


记


BD


与


AH


交于点


Q


,


则由


AC


=


AD


,


AH


⊥


CD


得∠

< p>
ACQ


=∠


ADQ


.


又


AB


=


AD


,


故∠


ADQ


=∠


ABQ


.


< br>从而


,


∠


ABQ


=∠


ACQ


.


可知

< p>
A


、


B


、


C


、


Q


四点共圆


.



∵∠


APC< /p>


=


90


°+∠


P CH


=∠


BCD


,

∠


CBQ


=∠


CAQ


,



∴△


APC< /p>


∽△


BCD


.


∴


AC


·


BC


=


AP


·


BD


.


于是


,


S


=


3


3


AC


·< /p>


BC


=


AP


·< /p>


BD


.


4


4


2


、构造相关的辅助圆解题



有些问题貌 似与圆无关


,


但问题的题设或结论或图形提供了某些与圆的性质 相似的信息


,


此


时可大胆联想构造出与 题目相关的辅助圆


,


将原问题转化为与圆有关的问题加以解决< /p>


.


2.1


联想圆的定义构造辅助圆



例


4



如图


4,


四边形


ABCD

< br>中


,


AB


∥

CD


,


AD


=

DC


=


DB


=

p


,


BC


=


q


.


求对角线


AC

< br>的长


.



分析:由“


AD


=


DC


=


DB


=


p


”可知


A


、


B


、

< p>
C


在半径为


p


的⊙


D


上


.


利

< p>


用圆的性质即可找到


AC


与


p


、


q


的 关系


.



∵

< br>AB


∥


CD


,

< br>∴


BC


=


AE

< br>.



从而


,

< p>
BC


=


AE


=

< p>
q


.


在△


ACE


中


,


∠


CAE


=


90


°


,

< p>
CE


=


2


p


,


AE


=


q


,


故




AC


=


CE


2



AE


2


=


4


p


2


q


2


.


2.2


联想直径的性质构造辅助圆



例


5



已知 抛物线


y


=-


x


2


+


2


x


+


8


与


x


轴交于


B


、


C


两点, 点


D


平分


BC


.


若在


x


轴上侧


的


A


点为抛物线上的动点


,


且∠


BAC


为锐角


,< /p>


则


AD


的取值范围是

____.


分析:由“∠


BAC


为锐角”可知点


A


在以定线段


BC


为直径的圆外


,


又点


A


在


x


轴上侧


,


从而可确定动点


A


的范围


,


进而确定


AD


的取值 范围


.


解:


如图

5,


所给抛物线的顶点为


A


0


(1,9),


对称轴为


x

< br>=


1,


与


x

轴交



于两点


B

< br>(


-


2,0)


、


C


(4,0).


分别以


B C


、


DA


为直径作⊙

< br>D


、⊙


E


,

则两圆与抛物线均交于两点



E


P


Q


D


图5


C< /p>


(4,0)


x


y


A


0


(1,9)


B

A


E


解:


延长

CD


交半径为


p


的⊙


D


于


E


点

< br>,


连结


AE


.

< br>显然


A


、


B

、


C


在⊙


D


上


.


C


D


图4


P


(1


-


2


2


,1)


、


Q


(1


+


2


2


,1).


可知


,

点


A


在不含端点的抛物线


PA


0


Q


内时


,


∠


BAC


<


90


°


.


且有



6



B


(-2,0)


3


=


DP


=


DQ


<


AD


≤


DA


0


=


9,


即


AD


的取值范围是


3


<


AD


≤


9.



2.3


联想圆幂定理构造辅助圆



例


6



AD


是


Rt


△


AB C


斜边


BC


上的高

,


∠


B


的平行线交


AD


于


M


,

< br>交


AC


于


N

.


求证:


AB


2

< br>-


AN


=


BM

< br>·


BN


.


分析:因

< p>
AB


2


-


AN

< p>
2


=


(


AB


+


AN


)(


AB

< p>
-


AN


)


=


BM


·


BN


,


而由题设易知


AM


=


AN< /p>


,


联想割


E


线定 理


,


构造辅助圆即可证得结论


.


证明:


如图


6,

∵∠


2


+∠


3

=∠


4


+∠


5

=


90


°


,

A


又∠


3


=∠

4,


∠


1


=∠

5,


∴∠


1


=∠

< br>2.


从而


,


AM


=


AN


.


以


AM


长为半径作⊙


A


,


交


AB


于


F


,


交


BA


的延长线于< /p>


E


.


则


AE< /p>


=


AF


=


AN< /p>


.


AN


2


,


即



AB


-


AN


=


BM


·


BN


.


例


7



如图


7,


ABCD


是⊙

O


的内接四边形


,


延长

< p>
AB


和


DC


相交于


E


,


延长


AB


和


DC


相交


于


E


,


延长


AD


和


BC


相交于


F


,


EP


和


FQ


分别切⊙


O


于


P< /p>


、


Q


.


求证:< /p>


EP


2


+


FQ< /p>


2


=


EF


2


.


分析:因


EP


和


FQ


是⊙


O


的切线


,


由结论联想到切割线定理


,< /p>


构造辅助圆使


EP


、

FQ


向


EF


转化

< br>.


证明:


如图


7,

< p>
作△


BCE


的外接圆交


E F


于


G


,


连结


CG


.


因∠


FDC


=∠


ABC


=∠


CGE


,


故


F


、


D


、


C

、


G


四点共圆


.


由切割线定理


,


有


EF


=


(


EG


+


GF


)


·


EF



=


EG


·

< p>
EF


+


GF


·

< p>
EF




=


EC


·


ED


+


FC


·


FB


=


EC


·


ED


+


FC


·


FB


=


EP


+


FQ


,


即



EP


2


+


FQ


2


=< /p>


EF


2


.


2.4


联想托勒密定理构造辅助圆



∠


B


'


,


∠


A


+∠


A


'=


180


°


.


试证:


aa


'=


b b


'+


cc


'


.


分析:因∠


B


=∠


B


'


,


∠

< br>A


+∠


A


'=

< br>180


°


,


由结论联

< p>
想到托勒密定理


,


构造圆内接四边形加以证明


.


证明:


作△


A BC


的外接圆


,


过

C


作


CD


∥


AB


交圆于


D


,

连结


AD


和


BD

< br>,


如图


9


所示

< br>.



∵∠


A

< p>
+∠


A


'=


180


°=∠


A


+∠


D


,


∠


BCD


=∠


B


=∠


B


'< /p>


,



∴∠


A


'=∠


D


,


∠


B


'=∠


BCD

< br>.


B


b


D

< br>图9


B


c


a

(1)


图8


E


2

< br>2


2


2


2


2


1


F


3


5


M


4


D


B


2


N


C


由割线定理 有


BM


·


BN


=


BF


·


BE


=


(


AB


+


A E


)(


AB


-


AF


)


=


(


A B


+


AN


)(


AB


图6


-


AN


)


=


AB


2


-


A


P


O


B< /p>


C


G


D


Q


F


例


8



如图


8,


△


ABC


与△


A


'


B


'


C


'的三边分别为


a


、


b


、


c< /p>


与


a


'、


b


'、


c


'


,


且∠


B


=


A


b


C


B'


c'


a'


(2)


A'


b'< /p>


C'


A


c


a


b


C


A


'


B


'


B


'


C


'


A


'

< br>C


'


=


=


,



DC


CB

DB


c


'


a


'


b


'


ac


'


ab


'


即



=


=


.


故< /p>


DC


=


,


DB< /p>


=


.


DB


a< /p>


'


a


'


DC


a



∴△


A


'


B


'


C


'∽△


DCB


.


有


7





又


AB


∥


DC


,


可知


BD


=


AC


=


b


,


BC


=


AD


=


a


.


从 而


,


由托勒密定理


,

< br>得




AD


·


BC


=


AB


·


DC


+


AC


·


BD


,


即



a


2


=

< br>c


·


ac


'

ab


'


+


b


·


.


故


aa


'=


bb


'+


cc

< br>'


.


a


'

a


'


AB


BD

=


.


AC


DC

< br>AB


=


AC


练

< br>习


题



1.

< br>作一个辅助圆证明:△


ABC


中


,


若


AD


平分∠


A


,


则


(


提 示:不妨设


AB


≥


AC


,


作△


ADC


的外接圆交


AB


于


E


,


证△


ABC


∽△


DB E


,


从而


BD


BD


=


.)


DE


DC


2.


已知凸五边形


ABCDE


中


,


∠


BAE


=


3


a


,


BC


=


CD


=


DE


,


∠


BCD


=∠


CDE< /p>


=


180


°-


2


a


.


求


证:∠


BAC


=∠


CAD

=∠


DAE


.


(


提示:由已知证明∠


BCE


=∠


BDE


=


180


°-


3


a


,


从而

< br>A


、


B


、


C


、


D


、


E


共圆


,


得∠


B AC


=


∠


CAD


=∠


DAE


.)


3.

< p>
在△


ABC


中


AB


=


BC


,


∠


ABC


=


20


°


,


在


AB


边上取一点


M


,


使


BM< /p>


=


AC


.


求∠< /p>


AMC


的


度数


.


(


提示:以


BC


为边在△


ABC


外作正△


KBC


,


连结


KM


,


证


B


、


M


、


C


共圆


,

< p>
从而∠


BCM


=


∠


BKM


=


10


°


,


得∠


AMC


=< /p>


30


°


.)


4


.如图


10,


AC

是


ABCD


较长的对角线


,


过


C


作


CF


⊥


AF


,


CE


⊥


AE


.


2

< p>
1


2


求证:


AB


·


AE


+


AD


·


AF


=


AC


.


(


提示:分别以


BC


和


CD


为直径作圆交


AC


于点


G


、


H


.


则


CG


=


AH


,


由割线定理可证得结 论


.)


5.


如图

< br>11.


已知⊙


O


1


和⊙


O


2


相交于

< p>
A


、


B


,


直线



CD


过


A


交⊙


O


1

< br>和⊙


O


2


于

C


、


D


,


且


AC


=


AD


,


EC


、


ED


分别切两圆于


C


、


D

< br>.


求证:


AC


2


=


AB


·


AE


.


(


提示:作△


BCD


的外接圆⊙


O


3


,


延长


BA


交⊙


O


3


于


F


,< /p>


证


E


在⊙


O


3


上


,


得


△


ACE


≌△


ADF< /p>


,


从而


AE


=< /p>


AF


,


由相交弦定理即得结论

< p>
.)



6


.已知


E


是△


ABC


的外接圆 之劣弧


BC


的中点


.

< br>求证:


AB


·


AC


=


AE


2


-


BE


.


2


F


D


C


A


图10


B


E


E


D

< br>A


O


1


B


图11


O


2


C


(


提示:以


BE


为半径作辅助圆⊙< /p>


E


,


交


AE


及其延长线于


N


、


M


,


由△


ANC


∽△


ABM


证


AB

< br>·


AC


=


AN

< br>·


AM


.)


7.

< p>
若正五边形


ABCD


E


的 边长为


a


,


对角线长为


b


,


试证:


2


2


b


a


-

=


1.


a


b

(


提示:证


b


=

< br>a


+


ab


,

联想托勒密定理作出五边形的外接圆即可证得


.)



8




第三讲



点共线、线共点



在本小节中包括点共 线、线共点的一般证明方法及梅涅劳斯定理、塞瓦定理的应用。



1


、点共线的证明


< br>点共线的通常证明方法是:通过邻补角关系证明三点共线;证明两点的连线必过第三点;

< br>证明三点组成的三角形面积为零等。


n


(


n


≥


4)


点共线可转化为三点 共线。



例


1


、如图,设线段


AB


的中点为


C


,以


AC


和


CB


为对角线作平行四边形


AECD


,


BFCG


。又作平行四边形


CFHD

< p>
,


CGKE


。求证:


H< /p>


,


C


,


K


三点共线。证:连


AK


,

DG


,


HB


。


由题意,


AD


EC


KG


,知四边形


AKGD


是 平行四边


形,于是


AK


DG

< p>
。同样可证


AK


HB


。四 边形


AHBK


是平行四边形,其对角线


AB


,


KH


互相平分。而


C


是


AB


中点,线段


KH


过


C


点,故


K


,


C


,


H


三点共线。



例


2


如图所示,菱形


ABCD


中,∠


A


=120


°,


D


,


E< /p>


,


F


三点共线。



证:如图,连


AC


,

< br>DF


,


DE


。因为


M


在


则∠


AMC

< p>
=60


°


=


∠

< p>
ABC


=


∠


ACB


,



有△


AMC


∽△


ACF


,得


O


上,



F


B< /p>


G


D


A


E


K


C


B


H

< p>
F


O


A


E


O


C


为△


ABC


外接圆,


M


为其上一点,连接


MC


交


AB


于


E


,


AM


交


CB


延长线于


F


。求证:


M


D


MC


CF


CF




。



MA


CA


CD


MC


AC


AD


< p>


。



MA


AE


AE


又因为∠


AMC< /p>


=


BAC


,所以△


AMC


∽△


EAC


,得


所以


CF


AD


< p>
,又∠


BAD


=


∠


BCD


=120


°,知△

CFD


∽△


ADE


。所以∠


ADE


=


∠


DFB< /p>


。因


CD


AE


为


AD


∥


BC


, 所以∠


ADF


=


∠

DFB


=


∠


ADE


,于是


F


,


E


,


D


三点共线。



例


3


四边形


ABCD


内接于圆,其边


AB


与


DC


的延长线交于点


P

,


AD


与


BC

的延长线交


于点


Q


。由

< p>
Q


作该圆的两条切线


QE


和


QF


,切点分别为


E


,


F


;求证:


P


,


E


,


F

< br>三点共


线。



证



:如图:连接

PQ


,并在


PQ


上取一点


M


,使得


B


,


C


,


M


,


P


四点共圆,连


CM


,


PF


。设


PF


与圆 的另一交点为


E


’,并作


QG


丄


PF


,垂足为


G


。易


QE


2


=


QM


·


QP


=


QC


·


QB



①



∠

PMC


=


∠


ABC


=


∠


PDQ


。



从而


C


,

< br>D


,


Q


,


M


四点共圆,于是


PM


·

< p>
PQ


=


PC


·

< p>
PD



②



由①,②得


PM


·


PQ


+


QM


·


PQ


=


PC


·


PD


+


QC


·


QB


,



即


PQ< /p>


2


=


QC


·


QB


+


PC


·


PD


。易知


PD


·


PC


=


PE


’ ·


PF


,



又


QF


=


QC


·


QB


,有


PE


’·


PF+QF


=


PD


·


PC


+


QC


·


AB


=


PQ


,



9


< br>2


2


2


A


G


C


(


E


'


)


E


F


如



D


Q


M


B


P



即


PE


’·


PF


=

< p>
PQ


2


-


QF

< p>
2


。又


PQ


2

< p>
-


QF


2


=


PG


2


-


GF


2


=(


PG


+


GF


)


·


(


PG


-


GF


)=


PF


·


(


PG


-


GF


)


,从而

< p>
PE


’


=


PG

< p>
-


GF


=


PG

< p>
-


GE


’,即


GF


=


GE


’,故


E


’与


E


重合。


< /p>


所以


P


,


E


,


F


三点共线。



例


4


以圆


O


外一点


P


,引圆的两条切线


PA


,


PB


,


A


,


B


为切点。割线< /p>


PCD


交圆


O


于


C


,


D


。又由


B


作


CD


的平 行线交圆


O


于


E


。若


F


为


CD


中点,求证:


A


,


F


,


E


三点共


线。



证:如图,连


AF


,


EF


,


OA


,


OB


,


OP


,


BF


,


OF


,延长


FC


交


BE


于


G


。



易如< /p>


OA


丄


AP


,< /p>


OB


丄


BP


,< /p>


OF


丄


CP


,所 以


P


,


A


,< /p>


F


,


O


,


B



五点共圆,有∠


AFP


=


∠


AOP

=


∠


POB


=

∠


PFB


。


又因


CD


∥


BE

< br>,所以有∠


PFB


=


∠


FBE


,∠


EFD


=< /p>


∠


FEB


,


< /p>


而


FOG


为


BE


的垂直平分线,故


EF


=


FB


,∠


FEB


=


∠


EBF


,



A


D


F


O


C


P


G


E

< br>B


所以∠


AFP


=


∠


EFD


,


A


,


F


,


E

< br>三点共线。



2


、线共点的证明


< br>证明线共点可用有关定理


(


如三角形的

< br>3


条高线交于一点


)


,或证明第


3


条直线通过另外两


条直线的交点,也 可转化成点共线的问题给予证明。



M


例


5


以 △


ABC


的两边


AB

< br>,


AC


向外作正方形


ABDE< /p>


,


ACFG


。△


ABC


的高为


AH


。求证:

< p>
AH


,


BF


,

< p>
CD


交于一


点。



证:如图。延长


HA


到


M


,使


AM


=


BC


。连


CM


,

BM


。



设


CM


与


BF


交于点

< br>K


。



在△

ACM


和△


BCF


中,

< p>
AC


=


CF


,

< p>
AM


=


BC


,

< p>


∠


MAC


+

< p>
∠


HAC


=180


°,∠


HAC


+


∠


H CA


=90


°,并且∠


BCF


=90


°


+


∠


HCA


,



因此∠


BCF


+


∠


HAC


=180


°∠


MAC

< br>=


∠


BCF


。从而△

< p>
MAC


≌△


BCF


,∠< /p>


ACM


=


∠


CF B


。



所以∠


MKF


=


∠


KCF

+


∠


KFC


=

∠


KCF


+


∠

MCF


=90


°,即


< p>
BF


丄


MC


。

< p>


同理


CD


丄

< p>
MB


。


AH


,

< p>
BF


,


CD


为△


MBC


的


3


条高线,故


AH


,


BF


,


CD


三线交于一


点。

< br>


例


6


设

< br>P


为△


ABC


内一点,∠


APB


-∠


ACB=


∠


APC


-∠


ABC

< br>。又设


D


,


E

< br>分别是△


APB


及△


APC


的内心。证明:


AP


,

BD


,


CE


交于一点。

< p>


证:如图,过


P


向三边 作垂线,垂足分别为


R


,


S

< p>
,


T


。连


RS

< p>
,


ST


,


RT

< p>
,设


BD


交


AP


于


M


,


CE

< p>
交


AP


于


N


。



易知


P


,


R


,


A

,


S


;


P


,


T


,


B


,< /p>


R


;


P


,


S


,


C


,

< p>
T


分别四点共



圆,则∠


APB


-∠


ACB

=


∠


PAC


+

∠


PBC


=


∠

PRS


+


∠


PRT


=


∠


SRT


。



E


G


D

B


A


K


H


C


F


A


R


M< /p>


N


D


E


P


B


T


S


C

< p>
同理,∠


APC


-∠


AB C


=


∠


RST


,由条件知∠


SRT


=


∠


RST


,所以


RT


=


ST


。



10




又


RT< /p>


=


PBsinB


,


ST


=


PCsinC


,所以


PBsinB


=


PCsinC

< br>,那么


PB


PC



。



AB


AC


AN


AC


AB


AM





由角平分线定理 知


。故


M


,


N


重合,即


AP


,


BD


,


CE


交于一

< br>NP


PC


PB


MP


点。



例


7

< p>
O


1


与


O


2


外切于


P


点,


QR


为两圆的公切线


,


其中


Q


,


R


分别为


O


1


,


O


2


上


的切点,过


Q


且垂直于


QO


2


的直线与过


R


且垂直于


RO


1


的直线交于点


I


,< /p>


IN


垂直于


O


1


O


2


,


垂足为


N


,


IN


与< /p>


QR


交于点


M


.


证明:


PM


,


RO


1


,


QO


2


三条直线交于


一点。



证:如图,设


RO


1


与


QO


2


交于点


O< /p>


,连


MO


,


PO


。




因为∠


O


1


QM


=


∠


O


1


N M


=90


°,所以


Q

< br>,


O


1


,


N


,


M


四点共圆,

< br>有∠


QMI


=


∠


QO


1


O


2

< br>。



而∠


IQO

< p>
2


=90


°


=

< p>
∠


RQO


1


,所以∠


IQM


=


∠


O


2


QO


1


,



Q


M


O

< p>
1


N


O


P


O


2


I


R

QO


1


O


1


O


2


RO


2


O


1


O


2


< /p>



同理可证


。因此



QM


MI


RM

MI


O


1


O


QO


1


QM


QO

1





①



因为


QO


1


∥


RO


2


,所以有



②



MR


RO


2


OR


RO


2


O


1


O


O


1


Q


O


1


P




由①,②得


MO


∥


QO


1


。



又由于


O


1


P=O


1


Q


,


PO


2


=RO< /p>


2


,所以



,



OR


RO


2


PO


2


故△


QIM


∽△


QO


2


O


1


,得


即


OP


∥


RO


2


。从而


MO


∥


QO


1


∥


RO


2


∥


OP


,故


M


,


O


,


P


三点共线,所以


PM


,


RO


1


,


QO


2


三条直线相交于同一点。



3


、



塞瓦定理、梅涅劳斯定理及其应用



定理


1 (


塞瓦

(


Ceva


)


定理


):


设


P


,


Q


,


R


分别是△


ABC


的


BC


,

< p>
CA


,


AB


边上的点。若


AP


,


BQ


,


CR


相交于一点


M

,


A


则



BP


CQ


AR





1


PC


QA


RB


。



证:如图,由三角形面积的性质,有



B


Q


M


P


C< /p>


BP


CQ


AR


A R


S



AMC


BP


S



AMB


CQ


S



BMC




1


.





,


,


.


以上三式相乘,得


PC


QA


RB


RB


S



BMC


PC


S



AMC


QA


S



AMB


定理< /p>


2 (


定理


1


的 逆定理


):


BP


CQ

< p>
AR





1


,则


AP


,


设


P


,


Q

< br>,


R


分别是△


ABC

< p>
的


BC


,


CA

< p>
,


AB


上的点。若


PC< /p>


QA


RB


BQ


,


CR


交于一点。


证:如图,设


AP


与


BQ


交于


M


,连


CM


,交


AB


于


R


’。



由定理


1


有


BP


CQ


AR< /p>


'


BP


CQ


AR


AR


'


AR





1


. < /p>


而





1


,所以



.


PC


QA


R


'


B


PC


QA


RB< /p>


R


'


B


RB


11


数学想象画-


数学想象画-


数学想象画-


数学想象画-


数学想象画-


数学想象画-


数学想象画-


数学想象画-