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斯特瓦尔特定理与托勒密定理的相互证明

1019次浏览     发布时间:2024-04-29 06:45:58    


斯特瓦尔特定理给出了三角形中切氏线(Cevian)与三边长度之间的关系,利用该定理 可以推导出著名的托勒密定理。反之,利用托勒密定理也可以推导出斯特瓦尔特定理。

一、利用斯特瓦尔特定理推导出托勒密定理

如图1,在△ABC中,D为BC上一点,连接AD,根据斯特瓦尔特定理有:

AB²·DC + AC²·BD - AD²·BC=BC·BD·DC,

或AD²·BC=AB²·DC + AC²·BD-BC·BD·DC,

或AB²·DC + AC²·BD=AD²·BC+BC·BD·DC。

作△ABC的外接圆(图2),延长AD交圆于E,连接EB、EC。在四边形ABEC中,根据托勒密定理有下列线段等式:AB·EC+AC·BE=BC·AE。下面介绍两种方法证明托勒密定理。

1.直接利用斯特瓦尔特定理公式推导出托勒密定理公式。

在圆内接四边形ABEC中,根据相交弦定理得:

AD·DE=BD·DC…………①;

易证△DAB∽△DCE,则EC/AB=DC/AD,

AB·DC=AD·EC…………②;

同理△DBE∽△DAC,则BE/AC=BD/AD,

AC·BD=AD·BE…………③。

将上述三个等式分别代入斯特瓦尔特定理公式中进行变形:

AD²·BC=AB²·DC + AC²·BD-BC·BD·DC,

AD²· BC=AB(AB· DC)+ AC(AC· BD)-BC(BD·DC),

AD²· BC=AB·AD·EC+ AC·AD·BE-BC·AD·DE,

即AD·BC=AB·EC+ AC·BE-BC·DE,

AD·BC+BC·DE=AB·EC+ AC·BE,

BC(AD+DE)=AB·EC+ AC·BE,

AB·EC+AC·BE=BC·AE成立。

2.根据图2中的三个线段等式关系(AD· DE=BD· DCEC/AB=DC/AD, BE/AC=BD/AD)及斯特瓦尔特定理公式(AB²·DC + AC²·BD=AD²·BC+BC·BD·DC)对托勒密定理公式AB·EC+AC·BE=BC·AE的左侧表达式进行变形得:

AB·EC+AC·BE

=AB²·EC/AB+AC²·BE/AC

= AB²·DC/AD+AC²·BD/AD

=(AB²·DC+AC²·BD)/AD

=(AD²·BC+BC·BD·DC)/AD

=(AD²·BC+BC·AD· DE)/AD

= AD·BC+BC·DE

= BC(AD+DE)

= BC·AE

AB·EC+AC·BE=BC·AE成立。

二、直接利用托勒密定理推导斯特瓦尔特定理

根据图2圆内接四边形ABEC中已知的线段等量关系,将托勒密定理公式直接变形如下:

AB·EC+AC·BE=BC·AE,

AB²·EC/AB+AC²·BE/AC=BC·AE,

AB²·DC/AD+AC²·BD/AD=BC·AE,

AB²·DC+AC²·BD=BC·AE·AD,

AB²·DC+AC²·BD=BC·AD(AD+DE),

AB²·DC+AC²·BD=BC·AD ²+BC·AD·DE,

AB²·DC+AC²·BD=BC·AD ²+BC·BD·DC,即

AB²·DC + AC²·BD - AD²·BC=BC·BD·DC成立

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