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平面幾何題目分享(16)六邊形的“退化”之路

2022-09-15 10:39 作者:一塊兒天空  | 我要投稿

如圖,P為圓O外一點(diǎn),切線PA,PB,EF為弧AB上兩點(diǎn),△PEA,△PEB,△PFA,△PFB外心分別為M,N,R,S,求證:MR∥SN。

觀察EF兩點(diǎn),不難發(fā)現(xiàn)這個圖具有很高的對稱性,將EF兩點(diǎn)互換,得到的圖形與原圖一模一樣,也就是說,在這個圖中這兩點(diǎn)的地位是相同的。有此可以猜測此題的證明也應(yīng)具有很高的對稱性,說白了,證完一半,另一半同理。

根據(jù)這樣的猜測,結(jié)合要證的平行,我們便有了這樣一個思路:尋找一條線,分別證明兩條線都與這條線垂直。這樣,我們便把一個平行問題分解成了兩個對稱的垂直問題。

因?yàn)镸NRS四點(diǎn)均為外心,我們自然想到,有一條“天然”的與外心連線垂直的線:根軸。

如上圖做出輔助線,易得PC⊥MR,PV⊥SN。但PC,PV并不是我們要找的“一條直線”,而似乎是兩條直線。但不用擔(dān)心,我們只要證PC,PV是一條直線就可以了,即證PVC三點(diǎn)共線。(相當(dāng)于消去四個外心)

由根心定理,我們能夠得到一些共線,設(shè)AE∩BF=U,易得PCU共線;PHV共線,于是我們將問題轉(zhuǎn)化成了證PUH三點(diǎn)共線。(相當(dāng)于消去C,V兩點(diǎn))

這里我們用帕斯卡定理來證明這個共線。帕斯卡定理的內(nèi)容是圓錐曲線內(nèi)接六邊形對邊交點(diǎn)共線。但這里似乎沒有在圓上的六邊形。那為何可用帕斯卡定理呢?

這里的確沒有六邊形,是因?yàn)樗呀?jīng)“退化”了。何為“退化?我們考慮圓的內(nèi)接六邊形ABCDEF,當(dāng)其中兩點(diǎn)重合時(如AB重合)AB這條邊便成為了圓的一條過A的切線。這時,六邊形ABCDEF便成為了退化六邊形AACDEF。振奮人心的是,帕斯卡定理在退化六邊形中仍然成立!

回到上圖,圓上有四個點(diǎn)ABEF和過A,B的兩條切線,構(gòu)成了退化六邊形AAEFBB,由帕斯卡定理,易得PUH三點(diǎn)共線,于是,此題得證!

由上題的例子,不難看出帕斯卡定理在共線的證明中應(yīng)用的十分靈活,在山重水復(fù)之際給人柳暗花明之感,通常會使證明簡潔巧妙。這里再放一個“腦筋急轉(zhuǎn)彎”,運(yùn)用上題的思路可以一步解決,大佬們?nèi)缗d趣可以嘗試一下。

△ABC,內(nèi)切圓切點(diǎn)DEF,如圖交出點(diǎn)XYZ,求證:XYZ三點(diǎn)共線。


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