初中数学竞赛第二轮专题复习(4)几何(4)

发布时间:2021-06-06

由于△BHD∽△CKD,所以

同理可证

将这三式相乘得

说明 (1)如果P点在△ABC外,同样可证得上述结论,但P点不能在直线AB,BC,CA上,否则,定理的结论中的分母出现零,分子也出现零,这时,定理的结论应改为

BD×CE×AF=DC×EA×FB,

仍然成立.

(2)塞瓦定理的逆定理也成立,即“在△ABC的边BC,CA,AB上分别取点D,E,F,如果

那么直线AD,BE,CF相交于同一点.”

证 如图3-102,设AD和BE相交于P,作直线CP,交直线AB于F′,由塞瓦定理得

所以 F′B=FB,

即F′与F重合,所以AD,BE,CF相交于同一点. 塞瓦定理的逆定理常被用来证明三线共点.

例3 求证:三角形的三条中线、三条内角平分线和三条高所在的直线分别相交于同一点.

证 (1)如果D,E,F分别是△ABC的边BC,CA,AB的中点,则

由塞瓦定理的逆定理得中线AD,BE,CF共点.

(2)如果D,E,F分别是△ABC的内角平分线AD,BE,CF与边BC,CA,AB的交点,则

由塞瓦定理的逆定理得角平分线AD,BE,CF共点. (3)设D,E,F分别是△ABC的高AD,BE,CF的垂足.

(i)当△ABC是锐角三角形时(如图3-103),D,E,F分别在BC,CA,AB上,有

BD=ccosB,DC=bcosC,CE=acosc, EA=ccosA,AF=bcosA,FB=acosB, 所以

由塞瓦定理的逆定理得高AD,BE,CF共点. (ii)当△ABC是钝角三角形时,有

BD=ccosB,DC=bcosC,CE=acosC, EA=ccos(180°-A)=-ccosA, AF=bcos(180°-A)=-bcosA,

FB=acosB,

所以

由塞瓦定理的逆定理,得高AD,BE,CF共点.

(iii)当△ABC是直角三角形时,高AD,BE,CF都经过直角顶点,所以它们共点.

例4 在三角形ABC的边上向外作正方形,A1,B1,C1是正方形的边BC,CA,AB的对边的中点,证明:直线AA1,BB1,CC1相交于一点.

证 如图3-104.设直线AA1,BB1,CC1与边BC,CA,AB的交点分别为A2,B2,C2,那么BA2:A2C等于从点B和C到边AA1的垂线的长度之比,即

其中∠θ=∠CBA1=∠BCA1.同理

将上述三式相乘得

根据塞瓦定理的逆定理,得AA1,BB1,CC1共点.

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