梅涅劳斯定理和塞瓦定理

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1、分形几何分形几何几何自公元前自公元前2 2世纪以来,古希腊数学家欧几里得的世纪以来,古希腊数学家欧几里得的几何原本几何原本问世以来,平面几何作为数学的问世以来,平面几何作为数学的一个重要分支而存在于世。在历史上,一个重要分支而存在于世。在历史上,几何几何原本原本的问世奠定了数学科学的基础,平面几的问世奠定了数学科学的基础,平面几何提车的问题,诱发了一个又一个重要的数学何提车的问题,诱发了一个又一个重要的数学概念和有利的数学方法。由于平面几何有其鲜概念和有利的数学方法。由于平面几何有其鲜明的直觉与严谨、精确而简明的语言,并且经明的直觉与严谨、精确而简明的语言,并且经常出现一些极具挑战性的问题。因

2、而这一古老常出现一些极具挑战性的问题。因而这一古老的数学分支一直保持着青春的活力。的数学分支一直保持着青春的活力。 梅涅劳斯梅涅劳斯( (MenelaussMenelauss) )定理定理:证明定理证明定理过点A作AGBC交DF的延长线于G, 则AF/FB=AG/BD , CE/EA=DC/AG。 三式相乘得:(AF/FB)(BD/DC)(CE/EA)=(AG/BD)(BD/DC)(DC/AG)=1 过点C作CPDF交AB于P,则BD/DC=FB/PF,CE/EA=PF/AF 所以有AF/FBBD/DCCE/EA=AF/FBFB/PFPF/AF=1 它的逆定理也成立:若有三点F、D、E分别在A

3、BC的边AB、BC、CA或其延长线上,且满足(AF/FB)(BD/DC)(CE/EA)=1,则F、D、E三点共线。利用这个逆定理,可以判断三点共线。 过ABC三点向三边引垂线AABBCC, 所以AD:DB=AA:BB,BE:EC=BB:CC,CF:FA=CC:AA 所以(AF/FB)(BD/DC)(CE/EA)=1 连接BF。 (AD:DB)(BE:EC)(CF:FA) =(SADF:SBDF)(SBEF:SCEF)(SBCF:SBAF) =(SADF:SBDF)(SBDF:SCDF)(SCDF:SADF) =1 此外,用定比分点定义该定理可使其容易理解和记忆: 在ABC的三边BC、CA、AB

4、或其延长线上分别取L、M、N三点,又分比是=BL/LC、=CM/MA、=AN/NB。于是L、M、N三点共线的充要条件是=1。 第一角元形式的梅涅劳斯定理 如图:若E,F,D三点共线,则 (sinACF/sinFCB)(sinBAD/sinDAC)(sinCBA/sinABE)=1 即图中的蓝角正弦值之积等于红角正弦值之积 该形式的梅涅劳斯定理也很实用 第二角元形式的梅涅劳斯定理 在平面上任取一点O,且EDF共线,则(sinAOF/sinFOB)(sinBOD/sinDOC)(sinCOA/sinAOE)=1。(O不与点A、B、C重合) 梅涅劳斯定理的数学意义梅涅劳斯定理的数学意义使用梅涅劳斯定

5、理可以进行直线形中线段长度比例的计算,其逆定理还是可以用来解决三点共线、三线共点等问题的判定方法,是平面几何学以及射影几何学中的一项基本定理,具有重要的作用。梅涅劳斯定理的对偶定理是塞瓦定理实际应用实际应用 为了说明问题,并给大家一个深刻印象,我们假定图中的A、B、C、D、E、F是六个旅游景点,各景点之间有公路相连。我们乘直升机飞到这些景点的上空,然后选择其中的任意一个景点降落。我们换乘汽车沿公路去每一个景点游玩,最后回到出发点,直升机就停在那里等待我们回去。 我们不必考虑怎样走路程最短,只要求必须“游历”了所有的景点。只“路过”而不停留观赏的景点,不能算是“游历”。 例如直升机降落在A点,我

6、们从A点出发,“游历”了其它五个字母所代表的景点后,最终还要回到出发点A。 另外还有一个要求,就是同一直线上的三个景点,必须连续游过之后,才能变更到其它直线上的景点。 从A点出发的旅游方案共有四种,下面逐一说明: 方案 从A经过B(不停留)到F(停留),再返回B(停留),再到D(停留),之后经过B(不停留)到C(停留),再到E(停留),最后从E经过C(不停留)回到出发点A。 按照这个方案,可以写出关系式: (AF:FB)*(BD:DC)*(CE:EA)=1。 现在,您知道应该怎样写“梅涅劳斯定理”的公式了吧。 从A点出发的旅游方案还有: 方案 可以简记为:ABFDECA,由此可写出以下公式:

7、(AB:BF)*(FD:DE)*(EC:CA)=1。从A出发还可以向“C”方向走,于是有: 方案 ACEDFBA,由此可写出公式: (AC:CE)*(ED:DF)*(FB:BA)=1。 从A出发还有最后一个方案: 方案 AECDBFA,由此写出公式: (AE:EC)*(CD:DB)*(BF:FA)=1。 我们的直升机还可以选择在B、C、D、E、F任一点降落,因此就有了图中的另外一些公式。 值得注意的是,有些公式中包含了四项因式,而不是“梅涅劳斯定理”中的三项。当直升机降落在B点时,就会有四项因式。而在C点和F点,既会有三项的公式,也会有四项的公式。公式为四项时,有的景点会游览了两次。 不知道梅

8、涅劳斯当年是否也是这样想的,只是列出了一两个典型的公式给我们看看。 还可以从逆时针来看,从第一个顶点到逆时针的第一个交点比上到下一个顶点的距离,以此类推,可得到三个比例,它们的乘积为1. 现在是否可以说,我们对梅涅劳斯定理有了更深刻的了解呢。那些复杂的相除相乘的关系式,不会再写错或是记不住吧。 塞瓦定理塞瓦定理 塞瓦(GCeva)是17世纪意大利是水力工程师和数学家,他重新发现了梅涅劳斯定理,并根据梅涅劳斯定理推出了自己的定理。(99全国竞赛全国竞赛)如图,在四边形ABCD中,对角线AC平分BAD。在CD上取一点E,BE与AC相交于F,延长DF交BC于G。求证:GAC=EAC。证明:连结BD交

9、AC于H。对BCD用塞瓦定理,可得 因为AH是BAD的角平分线,由角平分线定理,可得, 故。过C作AB的平行线交AG的延长线于I,过C作AD的平行线交AE的延长线于J。则,所以 从而CI=CJ。又因为CI/AB,CJ/AD,故ACI=-BAC=-DAC=ACJ。因此,ACIACJ,从而IAC=JAC,即GAC=EAC。已知AB=AD,BC=DC,AC与BD交于O,过O的任意两条直线EF和GH与四边形ABCD的四边交于E、F、G、H。连结GF、EH,分别交BD于M、N。求证:OM=ON。(5届CMO)证明证明:作EOH EOH,则只需证E、M、H共线,即EH、BO、GF三线共点。记BOG=,GOE=。连结EF交BO于K。只需证 =1(Ceva逆定理)。

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