十大高中平面几何几何定理汇总及证明(供参考)

玛丽莲梦兔
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2021年02月16日 18:39
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2021年2月16日发(作者:李嘉诚传)


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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=< /p>


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△PM B)



=(S△PAM/S△PMB


-


1)×S△PMB



=(AM/BM< /p>


-


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

< p>
=


底长比)



定理得证!



特殊情况:


当


PB


∥


AQ


时,


易知


△PAB


与


△QAB


的高相等,


从而

S△PAB=S△QAB


,


反之,


S△PAB=S△QAB


,则


PB


∥< /p>


AQ


。










































2.



正弦定理



在任意一个平面三角形中,


各边和它所对角的值的比相等且等于外接圆半径的


2

< p>
倍


”


,


即


a/sinA



=



b/sinB



=c/sinC



= 2r=R


(


r


为外接圆半径,


R


为直径)



证明:



现将


△ABC


,做其,设为


O


。我们考虑< /p>


△C


及其对边


AB


。设


AB


长


度为

c


。



若∠


C


为直角,则


AB


就是⊙

< p>
O


的直径,即


c= 2r


。



△



△






(特殊角正弦函数值)




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若∠


C


为锐角或钝角,过


B< /p>


作直径


BC`


交



⊙


O


于


C`< /p>


,连接


C'A


,显然

BC'= 2r=R


。



若∠


C


为,则


C'


与< /p>


C


落于


AB


的同 侧,



此时∠


C'=

< br>∠


C


(同弧所对的圆周角相等)



∴在


Rt△ABC'


中有



若∠


C


为,则

< p>
C'


与


C


落于

< p>
AB


的异侧,


BC


的对边 为


a


,此时∠


C'=

< br>∠


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




。






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3.



分角定理



在


△ABC


中,


D


是边

< br>BC


上异于


B,C


或其延长线上 的一点,


连结


AD


,

< br>则有


BD/CD=(sin


∠


B AD/sin


∠


CAD)*(AB/AC)

。



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

< br>∠


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< /p>


证明:



设


△1 =△BAD


,


△2=△CAD



由,



S△ABD/S△ABC=BD /BC=(AD/AC)*(sin


∠


1/sin


∠


BAC)



→ (BD/ BC)*(sin


∠


BAC/AD)=sin

< br>∠


1/AC (1.1)



S△ ACD/S△ABC=CD/BC=(AD/AB)*(sin


∠


2/sin


∠


BAC)



→ (CD/BC)*(sin


∠


BA C/AD)=sin


∠


2/AB (1.2)



(1.1)


式

< p>
+(1.2)


式即得



s in


∠


1/AC+sin


∠

< p>
2/AB=sin


∠


BAC/AD



























sin


∠


B AD


AC


+


sin

∠


CAD


AB


=

< br>sin


∠


BAC


AD

< p>
。



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。





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6.



蝴蝶定理



设


S


为圆内


AB


的中点,过


S


作弦


CF


和


DE


。设


CF


和

< p>
DE


各相交


AB


于点


M


和


N


,则


S


是


MN


的中点。< /p>



证明:



过< /p>


O


作


OL


⊥


ED


,


OT


⊥


CF


,垂足为


L


、


T


,



连接< /p>


ON


,


OM


,< /p>


OS


,


SL


,< /p>


ST


,易明


△


E SD


∽△


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



过三角形上异于三角形顶 点的任意一点作三边或其延长线上的,则三共线。(此线


常称为西姆松线)。

< p>


证明:



若

< p>
L


、


M


、


N


三点共线,连结


BP


,


CP


,则因


PL


⊥


BC


,


PM


⊥


AC


,


PN


⊥


AB


,有


B


、


L


、


P


、


N


和


P


、


M


、


C


、


L


分别四点共圆,有





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∠


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: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


⊥


AC


,


PN


⊥


AB ,


所以


A,M,N,P


共圆






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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


,因此



∠


PCE=


∠


ABP


点


P


和


V


关 于


CA


所以∠


PCV=2

< p>
∠


PCE


又因为


P


和


W


关于


AB


对称,所以



∠


P BW=2


∠


ABP


从这三个式子,有



∠


PCV=


∠


PBW


另一方面 ,


因为∠


PCQ


和∠

< br>PBQ


都是弦


PQ


所对的,


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>


但是


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。


,



,


,所以



9.



密克定理





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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


,



和


的内接四边形,



∵四边形


BNUW


和四边形


CMUW


分别是


∴∠


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。





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证明:



∵AC⊥BD,ME⊥BC



∴∠


=


∠


CME


∵∠


CBD=


∠


CAD

,∠


CME=


∠


AMF


∴∠


CAD=


∠


AMF


∴


AF=MF


∵∠AMD=90°, 同时∠


MAD+


∠MDA=90°


< /p>


∴∠


FMD=


∠


FDM


∴


MF=DF


,即

< p>
F


是


AD


中点

< p>


逆定理:



若的对角线 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=


∠,∠


AMF=


∠


CME


∴∠


CB D=


∠


CME


∵∠

< br>CME+


∠


BME=


∠BMC= 90°



∴∠


CBD+


∠BME=90°



∴


EF


⊥


BC


11.



托勒密定理



圆内接中,


两条的乘积


(


两对角线所包矩形的面积


)


等于两组对边乘积之和


(


一组对边


所包矩形的面积与另一组对边所包矩形的面积之和


)< /p>


.圆内接四边形


ABCD


,求证:


AC·BD=AB·CD+AD·BC.



证 明:过


C


作


CP


交


BD


于


P


,使∠


1=


∠


2


,又∠


3=


∠


4

,



∴△


ACD

< br>∽△


BCP


.



得


AC


:


BC=AD


:


BP


,AC·BP=AD·BC ①。




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